CADCAM技术的发展与UG技术

1、（发展战略）CADCAM技术的发展与UG技术20XX年XX月CAD/CAM技术的发展和 UG技术1.1 CAD/CAM 技术概述1.1.1 基本概念CAD/CAM 是 计 算 机 辅 助 设 计 和 制 造 （ComputerAidedDesignandComputerAidedManufacturing）的英文缩写，是壹项利用计算机软、硬件协助人完成产品的设计和制造的技术。CAD壹般是指工程技术人员在计算机组成的系统中以计算机为辅助工具，完成产品的设计、工程分析、绘图等工作，且达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低生产成本 的目的。广义的CAM是指工程技术人员在计算机组成的系统中以计算

2、机为辅助工具，完成从准 备到产品制造整个过程的活动，包括工艺过程设计、工装设计、NC自动编程、生产作业计划、生产控制、质量控制等。狭义的CAM壹般仅指NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿 真及NC代码生成等。CAD/CAM 技术产生于20世纪50年代末、60年代初，高速发展于 20世纪80至90 年代。自20世纪80年代初以来，计算机的应用日益广泛， 几乎深入到生产过程的全部领域， 且形成了许多计算机辅助的分散系统。仅在制造业的产品设计和制造过程中就出现了如下分 散系统： CAD、CAE （ ComputerAidedEngineering ,计算机辅助工程分析）、CAPP

3、（ComputerAidedProcessPlanning ,计算机辅助工艺过程设计）、CAM、CAQ （ComputerAidedQuality ,计算机辅助质量管理）、 CAFD （ComputerAidedFixtureDesign ,计算机辅助夹具设计）等。这些独立的分散系统分别在产品设计自动化、工艺过程设计自动化和数控编程自动化等 方面起到了重要的作用。可是，采用这些各自独立的分散系统不能实现系统之间信息的自动 传递和交换。例如，壹个分散的 CAD系统设计的结果既不能直接为CAPP系统接受，有关几何建模的技术信息也无法直接传递给壹个独立的CAM系统，从而降低了计算机在产品设计和制造过

4、程中的使用效率。为此，提出了 CAD/CAPP/CAM 集成的概念，进而产生了壹批基于CAD/CAPP/CAM 集成化的计算机辅助设计和制造商用软件，其中以美国的 Unigraphics （简称UG）软件最具代表性。目前 UG软件已经在汽车、航空航天、机械制造 等领域得到越来越广泛的应用。所谓的CAD/CAM 集成，是指在 CAD、CAPP和CAM各模块之间有关信息的自动传 递和交换。集成化的CAD/CAM系统能够借助于公共的工程数据库、网络通信技术、以及标准格式的中性文件接口，把分散于机型各异的计算机中的CAD/CAM 模块高效地集中起来，实现软、硬件资源共享，保证系统内信息的流动畅通无阻。

5、1.1.2 CAD/CAM 系统的组成通常壹个完善的CAD/CAM系统应具备：快速数字计算及图形处理功能、几何建模功能、 处理数控加工信息的功能、大量数据和知识的存储及快速检索和操作功能、人机交互通信的 功能、输入和输出信息及图形功能、工程分析功能等。CAD/CAM 系统应由人、硬件、软件三大部分组成，其中硬件包括计算机及其外部设备，广义上讲硬件仍包括用于数控加工的机 械设备和机床等。软件壹般包括系统软件、支撑软件和应用软件三类。系统软件主要负责管理硬件资源及 各种软件资源，它面向所有用户，是计算机的公共底层管理软件，即系统开发平台；支撑软 件运行在系统软件之上，是实现CAD/CAM各种功能的

6、通用性应用基础软件，是CAD/CAM系统专业性应用软件的开发平台；专业性应用软件则是根据用户具体要求，在支撑软件平台 上进行二次开发的专用软件。计算机系统的硬件为系统工作提供物资基础，而系统功能的实现由系统中的软件运行来完成。随着CAD/CAM 系统功能的不断完善和提高，软件成本在整个CAD/CAM 系统中所占比重越来越大。目前国外引进的壹些高档软件，其价格已经远远高于系统硬件的价格。图 1-1给出了 CAD/CAM 系统的基本组成。图1-1CAD/CAM 系统的基本组成由于企业技术水平及生产能力不同，在CAD/CAM技术的应用及其系统的构建上能够有不同的形式。由于CAD/CAM 系统的投资相

7、对较大， 如何科学、合理地选择适合本企业的系 统，必须经过充分的论证，这也是当前我国在推广应用信息化技术改造和提升传统制造业企 业技术水平的过程中需要重视的问题。随着软硬件技术和网络技术的发展，CAD/CAM 系统的总体趋势是向着集成化、智能化、标准化和网络化方向发展。1.1.3 CAD/CAM 系统的支撑技术CAD/CAM 系统除了配置必要的软、硬件之外，尚需要多种技术的支持，如数据管理技 术、网络技术、成组技术、工程分析技术、仿真技术等。特别是数据管理技术和网络技术， 随着CAD/CAM 技术应用范围的不断扩大和深入，将占据越来越重要的地位。1 .数据管理技术机械CAD/CAM涉及的数据具

8、有数量大、种类多、结构复杂的特点，包括产品的物理特 征、材料性能、数学模型、零件规格、几何形体描述、测试数据以及各种设计标准和规范等， 内容极为广泛。数据表现形式除了数值、文字信息之外，仍有大量的几何图形信息。如何管 理这些数据信息，将直接影响CAD/CAM系统的应用水平和工作效率。目前流行的数据管理模式主要是数据库管理模式。数据库管理系统（DataBaseManagementSystem , DBMS）是用于对数据库及系统资源进行统壹管理和控 制的软件，它提供了对数据库的定义、建立、检索和编辑修改等操作功能；对数据的安全性、完整性和保密性进行统壹的控制管理，起着应用程序和数据库之间的接口作用

9、（如图1-2所示）。数据库的结构主要分为层次型、网状型和关系型三种基本模型，如图 1-3所示。数据库系统和文件系统相比，具有如下特点：（1）数据的物理存储独立于应用系统，俩者的单独改变不会相互影响；（2）由于同壹数据可组织在不同的文件中，因此每个数据在理论上只需要存储壹次，就能够实现数据共享；（3）应用程序的编制能够不考虑数据的存储管理和访问效率等问题；（4）通过DBMS实现对数据的统壹控制，确保了数据的正确性和保 密性。目前CAD/CAM 集成系统的数据管理主要采取下列三种方法：（1）基于文件记录的专用数据管理方法，主要适合对非共享数据的管理；在商用数据库管理系统上建立壹套软件接 口的方法（

10、用SQL数据操作语言编写），这是目前常用的方法；（3）采取工程数据库管理建 立数据库的方法，这是下壹代CAD/CAM 和CIMS系统的数据管理主流。图1-2数据库和数据管理系统的关系2 .计算机网络技术计算机网络具有如下单个计算机所不具备的功能和特点：（1）能够在计算机之间快速实现数据的传递；（2）共享计算机资源；（3）网内各计算机站点可互为后备，提高计算机系统 的可靠性；（4）若干台地域不同的计算机能够共同完成壹项大型的CAD/CAM 任务，进行远程协同作业。名称图号数量材料固定钳身02101HT150螺杆0230245活动钳体02103HT150钳口板0230645螺钉02034-1HT1

11、50(c)图1-3数据库结构的三种基本数据模型按照网络覆盖的区域范围， 能够将计算机网络分为基于全球Internet的广域网和局域网俩种。广域网需要采用合理的接入方式来进行远程数据传送，而局域网壹般仅限于数公里范 围，是直接用于传送数字信号的计算机网络。目前CAD/CAM 系统所用的网络均属于局域网。局域网产品的种类很多，构成型式也多种多样，但壹般是由网卡和媒体、服务器、工作站(微机)、网间连接器且配以网络系统软件组成，如图 1-4所示。3 .成组技术成组技术是合理组织产品生产过程的壹种将工程技术和管理集于壹体的生产组织管理方法，它利用产品零件之间的相似性，将零件分类成组，然后根据每组零件所拥

12、有的相似性，为同组零件找出相对统壹的最佳方案，从而节约时间和精力以取得所期望的经济效益。作为 壹种机械制造的应用技术，成组技术涉及到对机械制造中相似性进行标识、开发和利用等方 面的内容。通常应用组成技术时是通过分类编码系统对零件相似性进行识别。零件的分类编码系统是用数字和字母对零件特征进行标识和描述的壹套特定的规则和依据。目前国内外有100多种编码系统在工业中使用，其中以Opitz编码系统最具代表性。通常每个企业或部门能够依据自身的产品特点选择其中壹种，或是在某种编码系统的基础上加以改进，以适用本单位的 使用需要。1.2制造业应用计算机的基本模式制造行业企业工作的核心是产品，因此企业应用计算机

13、推进信息化的工作都是围绕着产 品的开发、生产、运营等各项工作来开展的。(1)产品任务。根据上级 X公司下达的生产任务或市场定单，利用各种专业软件进行 分析计算，确定产品的形状、尺寸及各子系统的技术指标，形成产品设计任务书，全部数据 和有关任务均存放在统壹数据库中。(2。详细设计。各专业人员从统壹数据库中获取任务指令和相关的设计任务书，按时 把各自的设计文档、图形、图纸、技术要求和相应的分析结果存入统壹数据库中。(3。工艺规划。由统壹数据库下达型号研制任务，壹旦详细设计工作开始，工艺人员 就着手开展且行工作。壹方面给设计人员提供工艺方面的技术支持，避免返工，另壹方面开 始做工装的准备工作，检查相

14、应的设备、刀具、材料等资源，及时向供应部门提供必要的采 购信息。完成的文档存人数据库中。(4)生产制造。从统壹数据库中获取统壹的产品结构和制造结构。通过可视化技术准 确地理解加工图形所对应的三维模型。统壹数据库中提供的多媒体装配模型大大地方便了总 装工作。生产制造部门也能够通过统壹数据库反馈改进意见，提高设计水平，减少后期的返 工。(5)物资供应。通过统壹的数据库给设计、工艺和制造人员提供设备、材料、部件和 标准件等信息，改善他们的工作环境。同时采购人员从统壹数据库中自动生成某个型号、某 个产品的材料清单(如标准件清单、外协件清单、原材料清单等)，即减少工作人员的工作负担，又提高数据的壹致性。

15、为提高仓库管理水平，减少浪费创造有利条件。(6。生产计划。在统壹的数据库中能够下达任务且实施监测，每项设计、工艺和制造 等任务的完成状态，便于掌握整个项目的进度。从统壹数据库中获取产品结构信息，支持型 号管理。同时也能够获取工艺信息，自动生成统壹的材料清单(如自制件清单、机加工件清 单等)，支持生产管理。壹旦设计或工艺部门发生任何更改，生产计划部门通过统壹数据库 立即能够获得更改后的最新数据，大大减少数据不壹致的错误和不必要的延误。(7)财务管理。统壹数据库中包含产品全部设计和工艺数据。数据库提供各种查询检 索工具、汇总工具和报表工具等，财务系统监督型号研制费用、估算产品直接成本创造了有 利条

16、件。数据库的惟壹性保证财务系统分析结果的可靠性。产品数据的不同配置为财务管理 的灵活性提供有利的支持。(8)质量控制。为了改变以量求质的状况，统壹数据库把产品的各种关键质量控制点 数据进行统壹管理，通过分析找出规律，提高生产力。因此，质量控制也离不开统壹的产品 数据所提供的准确的产品配置结果。(9)市场销售。型号批次的变化或市场需求的变化，要求中国企业能够做出快速反应。 在统壹的产品数据库中，积累了大量的成功经验。为了满足市场上变化了的需求，只需对产 品结构中的部分零件做些适当的修正，通过虚拟电子样机的模拟就能够投入生产，抢占市场。同样电子样机不仅能够排除各种设计错误，大大减少生产环节的返工，

17、仍能够将设计的虚拟 样机提前提供给最终用户，甚至能够通过互联网去吸引客户，扩大市场量。(10)统壹数据库。上述各部门的工作指令来自于数据库，工作的结果也分门别类存回 数据库，在数据库中不仅能够保存产品的整个生命周期的全部数据，同时仍存有企业的各种资源，如人员、设备、标准件、通用件和刀具等。仍有记录了产品数据从设计到制造、维修 服务整个过程的数据，便于追溯和检查原因，更重要的是在数据库中不断积累起来的产品知 识。上述工作只有当采用了高度集成化的计算机辅助设计、制造和管理软件时，才是最高效 的。1.3制造业CAD/CAM 技术及信息化工程的发展人类进入21世纪，随着计算机应用技术的发展，制造业的发

18、展模式也发生了重大变化， 表现为企业从 CAD、CAE和CAM等单点技术或应用孤岛，发展为基于“知识网络”的综合 应用领域；从单纯的数控加工CAM技术的应用，向“工厂生产制造计划和配置”发展；从企业或部门内部应用的 CAD/CAM、PDM ( ProductDataManagement ,产品数据管理) 和ERP (EnterpriseResourcePlan ,企业资源规划)，逐步过渡到各企业之间的协同方案运 作。面向企业面向全球性通信协同发展已成为制造业发展的总体趋势。制造业信息化工程的核心就是采用国际上最先进的信息化技术，提高企业产品的创新能 力和高新技术含量、提高企业快速响应市场能力。

19、所有这些也正是世界发达国家正在研究和 采纳的世界壹流的新技术和新方法。制造业CAD/CAM技术及其信息化工程的发展历程大致经历了下列几个阶段：(1)孤立的应用模式。这个阶段的发展跨越了20世纪6070年代，计算机图形软件开始商品化。企业各部门(如设计、工艺、制造、计划、财务、质量管理和后勤等部门)各 自采用相应的计算机硬件，改善自己的劳动工作方式，提高个人劳动生产率，然而相互之间 的信息传递却依然靠低介质来进行，各点发达，彼此孤立，形成应用孤岛。(2)孤立的信息系统。这个阶段的发展跨越了20世纪7080年代。企业各部门之间各取所需，根据自己本部门发展的需要，不断完善自己的应用系统，解决部门内部

20、的信息共享和反馈，使本部门的劳动生产率获得提高。但仍解决不了各部门之间的信息传递问题。(3)信息的交换和集成。这个阶段的发展跨越了20世纪8090年代。经过上述俩个阶段的发展，信息的传递问题显得非常突出，于是便有了各部门之间协同，或是对信息重新 调整，或是更换系统，开发新的应用系统和大量的接口，即要继承大量的历史数据，又要创 造壹种全新的信息交换、集成化的工作模式，从而大大提高企业的竞争力。(4)基于全局性的信息化系统集成。进入 20世纪90年代，随着网络技术的发展和成 熟，使企业信息化又迎来壹个全新的时期，即从内部信息化集成应用发展到企业间信息相互集成的时期，逐步形成了跨国跨地区的半球化乃至

21、全球化经济运作模式，代表着世界经济的 发展主体。三十多年来，软件开发商们壹直致力于探索更好的办法去使用计算机辅助技术进行自动化产品开发过程。图 1-5以近20年来UG软件的发展反映了计算机辅助技术的进展。KBE（KnowledgeBasedEngineering，基于知识的工程）技术将是下壹代机械 CAD/CAM 的特点，它捕捉、分配和再使用每壹个产品开发部门的工程专业知识。图1-5以UG为代表的计算机辅助技术的进展我国的CAD/CAM 技术开发和应用起步于 20世纪70年代，由于受当时计算机硬件和 软件条件的限制，较多的工作局限于用计算机进行壹些产品设计中的分析计算。进入20世纪80年代，国

22、家在机械 CAD/CAM技术开发和应用方面进行了重点投资，且取得了壹系列 在国内具有开创性的单元成果，也培养了壹批 CAD/CAM 科技队伍，从而为 20世纪90年 代的快速发展奠定了良好的基础。1991年原国家科委组织成立了 “计算机辅助设计应用工程领导小组”，加大了 CAD技术的开发和推广力度。1995年在机械行业开展了 “ CAD应用1215工程”和“ CAD应用 1550工程”。前者是树立12家“甩图板”的 CAD应用典型企业，后者是培养50100家CAD/CAM 应用示范企业，扶持 100家，带动5000家企业的庞大计划。壹批具有自主知识 版权的软件，如清华大学的高华CAD、华中科技

23、大学的开目 CAD和CAPP、北京航空航天大学的CAXA电子图板、CAXA制造工程师（ME）等软件，在国家科技部的项目资助下开 发完成，且开始推广应用。计算机辅助绘图也已经从二维设计进入了三维实体建模和参数化 设计阶段。然而，我国CAD/CAM技术的研究水平和应用范围和工业发达国家相比都仍有较大的差 距，特别是CAD/CAM 应用的集成化程度较低，缺乏具有自主版权的、完善的高档CAD/CAM 软件系统。此外 CAD/CAM 专业技术人才的匮乏也限制了企业对CAD/CAM 技术的推广应用。1.4 UG技术及其在现代制造业中的作用1.4.1 UG技术概述UGS （ UnigraphicsSolut

24、ions ）是全球发展最快的机械 CAX （即 CAD、CAE、CAM 等 的总称）X公司之壹。它的产品 Unigraphics （简称UG ）软件是当前世界上最先进和紧密 集成的、面向制造业的CAX高端软件，是知识驱动自动化技术领域中的领先者。它实现了设计优化技术和基于产品和过程的知识工程的组合。UG软件能够为各种规模的企业提供可测量的价值；能够使企业产品更快地提供给市场；能够使复杂的产品设计和分析简单化；能 够有效地降低企业的生产成本且增加企业的市场竞争实力。正是由于该软件的高度集成化和 优越的性能，使之成为目前世界上最优秀 X公司广泛使用的系统，这些X公司包括波音飞机、 通用汽车、普惠发

25、动机、飞利浦、松下、精工和爱立信等。UG成为日本主要的汽车配件生产商Denso的标准，占有90%的俄罗斯航空市场和 80%的北美发动机市场。美国航天航空 界已安装了 10000多套UG ,在世界各国航天航空界享有极高的地位。UG软件目前也普及到机械、医疗设备和电子等行业，且发挥着越来越显著的作用。UG产品主要包括计算机辅助工业设计、工程设计、工程分析和制造，以及知识驱动自 动化的工具和专门过程的导向。UG产品线如图1-6所示。1.4.2 产品的创新和开发在UG中的体现产品的创新要贯穿于产品本身的全生命周期，从总体构想设计、概念设计、详细设计、 生产计划到制造质量控制都要创新。UGS产品十分重视

26、任何提高企业的创新能力，为此特别强调：创新要基于知识、基于产品、基于过程。 UG的产品创新开发技术和手段，主要包括： 全集成、全相关、前瞻性、数字样机、快速反映机制和知识工程（KBE）这6个方面。图 1-6Unigraphics 产品线1 .全集成（1 ）数据和系统的集成。这是壹个以数据库为核心的能将CAX、PDM （ProductDataManagement ,产品数据管理）、RE （ ReverseEngineering ,逆向工程）、 RP （RapidPrototype ,快速成型）、ERP、PM （ProjectManagement ,项目管理）、FM （FinanceManagem

27、ent ,财务管理）等的数据信息和系统集成在壹起的环境。这样才能做 至ij D2B （ DesigntoBusiness ,为商务而设计）。（2）功能集成。即 CAID/CAD/CAE/CAM/PDM等重要集成。（3）过程集成。即总体方案设计、概念设计、详细设计、工艺计划工装夹模具设计和 制造、零部件制造和装配质量检测等全过程要能集成在壹起。（4）信息集成。UGS的iMAN就是集成管理产品的全生命周期的信息。（5）企业集成。不仅在企业内部各职能部门之间的信息集成，而且企业和配套供应商、销 售商、客户之间的信息也能集成。UGS的iMAN就提供了和ERP、SCM等的集成接口。2 .全相关全相关指的

28、是：在产品内部不仅保持尺寸大小的相关性，而且仍具有结构形状的相关， 即几何相关，更要具有过程相关。不管是工业设计（ CAID ）、概念设计和结构设计（CAD）,仍是工程分析（CAE）、工业夹具设计和制造和数控编程（ CAM ）,这中间任壹阶段的结构数 据的改变都会引起其他过程做出相关的变化。UGS提供的单壹数据结构的主模型技术、超变量几何方法、基于产品和特征的直接建模和产品总体相关设计技术一一UG/WAVE （含关联设计、种子技术和几何元素的连接相关） 和工程分析的 UG/Scenario 都给工程技术人员提供了实现全相关的最佳工具和手段。此外 UGS提供的动态虚拟大装配技术，使得技术人员在设

29、计阶段就可对产品从装配的匹配关系、 机构运动的传递、定位的方式和位置、运动系统的基本动作进行预分析，而不需要专门的运 动等分析软件。3 .前瞻性这是指在设计阶段利用虚拟、数字、可视的技术，就可对产品进行工程分析、设计优化 和仿真模拟。为此，UGSX公司不仅和世界上壹流的工程分析的专业X公司结成了长期合作的战略联盟关系，在 UG中含有和这些分析软件系统有着直接连接的高精度接口，而且仍将 这些分析系统（如 MSC/NASTRAN , MDI/ADAMS , Ansys和Moldflow 等）的基本、常 用的部分植入到 UG的分析应用模块中，且保持和CAD的全相关。因为它们都采用了同壹图形内核 Pa

30、rasolid。这就大大方便了工程设计人员的设计，提高了设计的质量和壹次成功 率。4 .数字样机对于制造业的产品创新开发来说，超巨模型的数字样机的创建、分析和仿真工具是十分 重要的。UGSX公司收购的EAIX公司的Vis系列虚拟可视化产品在国际上处于领先地位。 Vis系列产品能够和众多的CAD/CAM 软件，如 UG、Pro/E、ideas、CATIA和AutoCAD等进行无缝连接；能够集成读取多种PDM系统下的数据；能够运行于多种操作系统下，多种硬件平台上；它提供了基于Internet的虚拟企业平台。又将超巨模型的装配、可视、几何物理性能的分析、动静态的几何分析、人机工程和制造过程的仿真，虚

31、拟现实等都集成在壹 个EAI/VIS的单壹环境中。EAI-Vis系列产品为企业进行产品创新开发提供了壹个完整、集 成的、超越常规CAD/CAM 软件之上的虚拟可视化仿真环境，是数字化产品创新开发的壹种优秀工具。5 .快速反应机制除了前面所述的以外，仍包括俩个方面：逆向工程（RP）技术和快速成型（RP）技术。前者是采用三坐标测量仪或激光测量仪对现存的、成功的产品（零件）进行空间的扫描测量，获得该产品的空间坐标点的数据，再对这些超大量的数据点（点云数据）在CAD软件中进行滤波、提取特征线、补孔、光顺生成网络面、UG/QuickShapeNURBS 曲面，从而反求出测量对象的数字模型。后者是将数字模

32、型以 STL格式输出到快速成型机上由快速成型机生成塑料的或纸质的该物理实体。用于评估、分析和作为模芯等。将RE、RP和CAD/CAM 软件集成起来，组成壹个快速反应的建模系统，能够大大加快产品的开发质量和速度。例如柴油机上气道的设计就采用这种方法(如图1-7所示)。先用三坐标激光测量仪扫描现有的初始气道，将测得的数据输入到 QuickShape 中处理得到初步的数字模型，再到 UG环境下以STL格式输出到快速成型机上得到塑料的气道。以此气道进 行误差分析、吹气测试和作为模具的模芯，浇铸缸盖。这壹集成的气道开发过程大大提高了 开发气道的周期和质量，使原来要六个星期的设计缩短为壹个星期，且做到了壹

33、次成功。图1-7柴油机上气道的快速设计6 .知识工程(KBE)随着当今CAX设计系统发展的新趋势，产生了以知识驱动为基础的工程设计新思路， 简称知识工程 KBE ( KnowledgeBasedEngineering )。它将人工智能(包括知识库、知识 规则和逻辑推理等)和 CAX繁1有机地结合起来，使其应用对象从几何造型、分析和制造， 延伸扩展到工程设计领域，形成了工程设计和CAX系统的无缝连接。如何把知识、技能、经验、原理和规范等结合到 CAX系统中，使得设计人员只要输入 工况或工程参数或应用要求，系统就能依据相关知识、自动推理结构造出符合该特定要求下 的数字化几何模型，这就是KBE技术要

34、解决的问题，也是 CAX技术发展的新阶段。UGS主要通过采用KDA技术成功应用了 KBE的基本原理，实现了用知识驱动几何建模， 且成功开发出基于知识 (KBE)的工程应用模块：齿轮工程(GearEngineeringWizardV1.1 )。 它含有齿轮设计、轴的设计、轴承设计、键的设计和壳体的建模，设计人员只要输入程序参 数或工况条件即可。这里的“设计”包含几何建模及工程分析俩部分。此外仍开发有塑料模 设计导引 (MoldwizardV3.0 ),冲压模工程导引 (DieEngineeringWizardV2.0 ),多工位级 进模(ProgressiveDieWizard )等。1.4.3

35、 UG的协同制造工程协同制造工程 CME ( CollaborativeManufacturingEngineering )是结合企业、工厂 的生产制造和计划管理提出的新概念，它包括装配工程、质量检控、工厂生产计划、过程优 化、加工工艺计划、刀具及工装夹模具的开发和数控加工这七个方面。CME的关键要点是“ P3R”，即：(1)要生产什么样的产品( Product ) ?(2)怎样安排这个制造过程(Process ) ?(3)在哪儿生产，即工厂、车间的加工单元、生产线的配置( Plant ) ?(4)需要什么资源(Resources ) ?CME要求白是P3R保持相关性。而不是目前所表现的独立、

36、 分散的状态。为了实现CME, UGSX公司又提出了另壹个新概念：虚拟工厂 Efactory。虚拟工厂的目标也就是 P3R (如图 1-8所示)。图1-8P3R关联图UGSX公司推出的Efactory 系列产品是壹个能够付之实用的工具。通过 Efactory ,将 原来孤立的3P和R集成在壹起，实现协同制造。例如在“资源设计 ResourcesDesign ”方面，UGSX公司的方案将加工操作和资源需求 紧密地连接在壹起，在UGSiMAN的分类管理的技术下，建立集成的资源数据管理，如集成的刀具库等；且利用FactoryCAD 模块将工厂布置集成在 CME中，利用UGS强大的建模能 力，进行工装

37、夹模具和刀具的设计。又如对于“工艺加工"(Processapplications ), UGSX公司提供了许多基于知识、基于 过程的过程导引专业应用模块，如："MoldWizard "、" WeldWizard "。再如在“工厂设计和布局”(PlantDesign )中，UGS提供的FactoryCAD 是壹个基于AutoCAD 的智能化的工厂布局工具。它包含了工厂中如运送装置、货物、工件架和起重机 等常用设备、工具的 2D/3D 库。这是壹个智能化的巨型库，它除了进行工厂布置设计外， 仍能够进行产品装配仿真，工作过程的干涉检测。所有 Fact

38、oryCAD 的数据文件都在 CME 中进行管理，其构造的工厂中的设备、生产线等对象，都和 e-Factory的资源管理系统集合 在壹起，且支持 SDX格式。综上可见，制造业信息化工程的关键技术在UG中得到了完整的体现和应用。UG为制造业信息化提供了壹个面向产品全生命周期的开放式协同且行集成环境，即CPC (CollaborativeProductCommerce产品协同商务) 环境(如图1-9所示)。在这个环境中，每个人都能融入到整个企业中，为了同壹目标，高速、优质、低耗地推出新的产品，协同而 且行地工作。图1-9制造业的信息化环境1.5 UG软件主要功能模块简介1.5.1UG/WAVEUG

39、/WAVE技术提供了壹个参数化产品设计的平台，为了维持设计的完整性和意图，此技术把概念设计和详细设计的变化自始至终地贯穿到整个产品的设计过程。在此平台上，具 有创新的WAVE工程技术，使其高级产品设计的定义、控制和评估成为可能。这壹被称为“控 制结构”的可重复利用的设计模板被用来表达产品设计的概念，这是通过定义几何形体框架 和关键设计变量来实现的。CAE的需求也被考虑到模型中，PDM则被用来管理这些变动和版本。通过参数化的编辑控制结构，不同的设计概念能够被迅速地分析和评估。在控制结构 中的关键几何模型可被相关联地复制到经过详细设计的产品装配中，这样在今后的产品开发 过程中就允许高级概念设计上的

40、变化和整个产品设计的改变相关联。利用WAVE技术，用户能够识别驱动其产品设计最重要的变量，然后在壹个相关的控制结构中捕捉它们，例如，用户在重新设计壹种轿车的过程中，为了保持车身的外形尺寸不变 而获得更多的头部和腿部空间来对其进行更改时，用WAVE技术，用户能够容易而迅速地获得这种更改带来的影响。利用传统的工具，这种分析过程将花费数个星期，甚至数个月。利用WAVE技术，产品设计能够根据需求按自顶向下的流程进行，而这种需求是基于功能、空间、配置和其他方面的整体考虑。这些工程数据能够在设计总体布局方案中捕捉到， 这个总体布局方案可驱动关键部件的位置和外形，同时定义主要子系统之间的界面。WAVE技术仍

41、能够很容易地适用于其他方面，包括详细设计和制造计划。例如，WAVE技术的几何连接器(包括在UG装配模块中)使用户得以直接地把相关部件的设计联系起来。 其可被用来把移动电话壳中孔洞的设计和键的外形和位置结合起来，而这些关系是相互关联 的。这样就能够确保设计的意图和整体性得以维护。当设计和生产过程的计划改变时，WAVE仍能够把过程中的模型自动更新。基于这些效能，用户能够对新的市场机遇迅速作出反应，改进已有的产品，建立新的产 品线，而这只需要花费传统开发成本的壹小部分。在 UG/WAVE 的工程软件包中，包括 UG/入口( Gateway )、UG/实体建模 (SolidModeling )、UG/

42、 特征建模(FeaturesModeling )、UG/ 自由曲面建模 (FreeformModeling )、 UG/ 工程制图 (UG/Drafting )、 UG/ 装配建模 (AssemblyModeling)、UG/ 虚拟现实(UG/Reality )、UG/ 逼真着色(UG/Photo )、UG/几何公差(UG/GeometricTolerance )等模块。1. . UG/ 入口( UG/Gateway )UG/Gateway 是连接所有UG模块的基础。它支持关键操作，包括打开已存在的 UG部 件文件、创建新的部件文件、绘制工程图和屏幕布局以及读入输出各种不同格式的文件，以 及参

43、数实体(Parasolid )转换文件和计算机图形的图源文件( CGM )。同时提供的仍有层控 制、视图定义、屏幕布局和显示控制功能。包括消隐/再现对象和在线帮助功能。UG/Gateway 仍提供壹个和各种高分辨率绘图机接口的许可证，且提供先进的电子表格应用。通过 UG/Gateway 的导航、动画、实体和表面模型的显隐和着色，提供了高级的可视化功能，建造和管理零件族，操纵零件间的表达式，以便通过分析相关联的方案方便地扩充模型设计。标准表格查询功能提供了壹种简单的方法来实现基于知识的工程技术。UG/Gateway 仍包括UG/WebRender(将在后面介绍)。2. UG/实体建模(UG/So

44、lidModeling )该模块将基于约束的特征建模和显式几何模型方法无缝的结合起来，提供了当今CAD/CAM 软件界最强有力的“复合建模”工具，使用户能够充分利用集成于先进的、基于 特征环境中的传统的实体、面、线框造型的优势。UG/SolidModeling可使用户能够很方便地建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体以及进行布尔运算及参数化编辑。它仍提供用 于快速、有效的概念设计的变量草图工具和更通用的建模和编辑任务的工具。该模块易于理 解的基于图标(icon )的图形环境和其他建模模块的操作相同。3. UG/特征建模(UG/FeatureModeling )该模块提高了表达式设计的层次，设计

45、信息能够用工程特征的术语来定义。它提供了支 持建立和编辑下列各种标准的设计特征：孔、槽、型腔、凸台、垫、柱体、块体、锥体、球 体、管状体、杆、倒圆和倒角等。同时仍能够挖空实体建立薄壁件。特征仍能够被参数化定 义且对其尺寸大小和位置做尺寸驱动编辑。用户自定义的特征存储在公共目录下，也能够被 添加到设计模型中。特征仍能够相对于其他的特征或物体定位，也能够被引用以建立相关特 征组。特征组排列能够是个别的定位，也能够是在简单图案和阵列中定位。4. UG/ 自由曲面建模(UG/FreeformModeling )该模块支持复杂的自由曲面的形状，如机翼、进气道和其他工业产品的造型设计。它可 将实体建模和表

46、面建模的技术合且，建成壹个功能强大的建模工具组。此建模技术包括沿曲 线的通用扫描法，使用壹条、二条和三条轨道方法按比例地建立外形，用标准二次曲线的方 法建立二次曲面体，建立圆形及圆锥截面的倒圆(圆角)面，光滑桥接在俩个或更多的其他 实体间隙的曲面。此外，该模块仍提供计算复杂模型的形状、尺寸和曲率的易于使用的工具。5. UG/用户自定义特征(UG/User-DefinedFeatures )该模块提供壹种利用用户自定义的特征( UDF)概念去捕捉和存储零件族的方法，易于 恢复和编辑。该模块仍提供了壹些工具，如允许取壹个已存在的用标准UG模型工具建立的参数化实体模型，建立特征参数之间的关系、定义特

47、征变量、设置默认值以及确定调用特征 时所采用的壹般形式所需的全部工具。用户自定义特征建立后，将驻留在壹个目录中，在此 目录上，供使用该模块的任何用户访问。6. UG/工程制图(UG/Drafting )该模块能够使设计者、工程师和绘图员从三维实体模型得到完全相关的二维工程图。利用UG的复合建模技术，该模块可生成尺寸和实体模型相关的工程图，且保证随着实体模型 的改变而同步更新工程图尺寸，包括消隐线和相关横截面视图在内的二维视图在模型修改时 也会自动更新。自动视图布局功能可快速布局二维视图。利用 UG/AssemblyModeling 的 数据能够方便地绘制装配图，且能快速生成装配分解图。无论绘制

48、单页仍是多页详细装配图 及零件图，UG/Drafting 都能减少绘图时间和成本。7. . UG/ 装配建模(UG/AssemblyModeling )该模块提供了且行的、自上而下的产品开发方法。UG/AssemblyModeling的主模型在整个装配过程中能够进行设计和编辑。部件可灵活地配对或定位，且且壹直保持其关联性。这样既改进了性能，又节约了磁盘的存储空间。装配件的参数化建模仍能够描述各部件之间 的配对关系、确定通用紧固件组及其他复制的部件。这种体系机构允许建立非常庞大的产品 结构且为设计组之间共享，使产品开发组成员始终和他人且行地工作。按用户规定的命名规 则或采用UG/Manager

49、的配置规则，都能够正确地访问不同版本的零件。8. . UG/ 高级装配(UG/AdvancedAssemblies )该模块将高速渲染着色和间隙分析技术相结合，提供了数据装载控制功能，允许用户对装配结构的部件进行过滤分析。UG/AdvancedAssemblies能够管理、共享和评估数字模型，以完成壹个复杂产品的全数字化装配模型。用它提供的各种工具，用户可对整个产品、指定 的子系统或零件进行可视化及装配分析，且使产品的性能和生产率达到最优化。变更模型的 表示方式，允许迅速地进行间隙检测，且对有阴影和隐藏线的视图着色。间隙的检测结果可 被保存以备将来使用，且且有选择地在批处理方式下运行。如果需要

50、，该模块对硬干涉也可 给出精确的答案。当壹个大型产品的部分结构做工程改变时，能够定义其区域和组件集，且 由设计团队共享，以提高响应速度。9. UG/ 虚拟现实(UG/Reality )、漫游(UG/Fly-Through )这些模块提供了分布式工具、且行可视化工具和虚拟产品模拟化的工具。这些模块利用 UG/AdvancedAssemblies来精确显示和进行动态干涉检查。UG/Reality 对产品是否适用及功能性方面进行实时模拟的同时对产品进行评估。此模块利用UG/Reality 技术根据部件的运动、装配的步骤和在部件内部的漫游和UG/Fly-Through壹起用来建立动画。UG/Reali

51、ty 允许建立运动副、 显示连接处的滑动或转动部件，且且模仿真实运动，对装配行为和装配顺序提出建议。UG/Fly-Through技术可利用UG/Reality 提供迅速的易于使用的导引和虚拟产品的可视化进行部件的运动过程动画重放。10. UG/ 逼真着色(UG/Photo )该模块提供高级图形工具，包括可选择的质量等级、视图着色、装配图着色、动画、正 交视图和透视图着色、光源、阴影和工程材料库，从而加强了CAD模型的视觉效果。11. . UG/标准件库系统(UG/FAST )该模块提供壹个用 UG的三维实体格式定义的标准件库系统，且且很容易通过直观的图 形界面来获得这些标准件。此库提供了广泛的

52、三维标准件库ISO紧固件、ANSI紧固件，DIN紧固件、DIN轴承、DIN钢结构和壹个 UG/Fast用户化工具包，以用来处理特殊用户的信 息。12. . UG/几何公差(UG/GeometricTolerance )该模块由于具有模型全相关性，故使智能化定义几何公差成为可能，它提供了尺寸公差 和变量分析的基础。通过方便的用户界面，该模块可支持简单而迅速地对基准和公差建立编 辑、数据查询、基准和公差的句法和相关检验的过程，且且根据模型或数据的改变自动更新 公差，且自动在图纸上沿用GD&T符号。通过壹个综合的UG/OPENAPl ,各部件的公差分析、装配件公差综合分析和检查之间的信息通信

53、可传往下壹环节应用。1.5.2UG/CAM针对CAM的实用性、柔性和生产能力，UnigraphicsSolutions建立了 CAM工业界的标准。UnigraphicsSolutions通过覆盖制造全过程，以及制造的自动化、集成化和用户化，在产品制造周期、产品制造成本和产品制造质量方面，给用户提供了极大的便利。生产效益 是显而易见的，有时是相当可观的。1. . UG/CAM 基础(UG/CAMBase )该模块提供了连接 UG所有加工模块的基础。用户能够在图形方式下通过观察刀具运动， 用图形编辑刀具的运动轨迹，具有延伸、缩短和修改刀具轨迹等编辑功能。针对如钻孔、攻 丝和镇孔等加工任务，它仍提供

54、了通用的点位加工程序。用户化对话特征允许用户修改对话 和建立适于它们的专用菜单，这就减少了培训时间和流水线加工作业工步。通过使用操作模 板可进壹步提高用户化水平，如允许用户建立粗加工、半精加工等专门的样板子程序，常用 的加工方法和工艺参数都已标准化。2. . UG/ 后置处理(UG/Postprocessing )该模块使用户对工业上的大多数NC机床很容易地建立自己的后置处理程序。UG/Postprocessing的功能包含了铳加工(25轴或更高)、车加工(24轴)和线切割加工等实际应用的检验。3. UG/车加工(UG/Lathe )该模块提供了高质量回转类零件加工所需的全部功能。零件的几何模

55、型和刀具轨迹完全 相关，刀具轨迹能随几何模型的改变而自动更新。它具有粗车、多次走刀精车、车沟槽、车螺纹和中心钻孔等功能。输出的刀位源文件可直接进行后处理，产生机床可读的输出文件。 用户可控制的参数有进给速率、主轴转速和零件间隙等。若不作更改，这些参数将保持原有 数值。通过屏幕显示刀具轨迹，对数控程序进行模拟，便可检测设置参数是否正确。文本输 出生成壹个刀位源文件(CLSF),对刀位文件用户能够存储、删除或按要求修改到正确位置。4. UG/型芯和型腔铳削(UG/Core&CavityMilling )该模块对汽车和消费品行业中加工模具和冷冲模特别有用。它提供粗切单个或多个型 腔、沿任意形

56、状切去大量毛坯材料以及可加工出型芯的全部功能。最突出的功能是对非常复 杂的形状产生刀具运动轨迹，确定走刀方式。容差型腔铳削可用于加工不精确的设计形状的 曲面之间有间隙和重叠的场合。可被分析的型腔面数目多达几百个。当 UG/Core&CavityMilling检测到异常的型腔面时，或是对它修改；或是往用户规定的公差范围内加工出型腔。该模块提供了型芯和型腔加工过程的全自动化。5. . UG/ 固定轴铳削(UG/Fixed-AxisMilling )该模块提供了完全和综合的工具，用于产生3轴运动的刀具路径。实际上它能加工任何曲面模型和实体模型，能够用功能很强的方法来选择零件需要加工的表面或加

57、工部位。它有 多种驱动方法和走刀方式可供选择，如沿边界、径向、螺旋线以及沿用户定义的方向驱动， 在边界驱动方法中又可选择同心圆和径向等多种走刀方式。此外，它仍可控制逆铳和顺铳切 削以及沿螺旋路线进刀等。同时，仍可容易地识别前道工序未能切除的区域和陡峭区，以便 用户进壹步清理这些地方。UG/Fixed-AxisMilling能够仿真刀具路径，产生刀位文件，用户可接受且存储此刀位文件，也可拒绝或按要求修改某些参数。6. UG/清根切削(UG/FlowCut )UG/FlowCut 处理器能节省半精加工或精加工的处理时间。这壹模块同 UG/Fixed-AxisMilling功能模块结合起来，分析零件的加工面(以加工参数为基础)，同时检测所有双相切条件。这些区域壹般存在于型腔的凹谷处和拐角处。用户能够指定刀具，利 用双相切(条件)来定义驱动轨迹。该处理器模块将自动在这些区域用壹次走刀或多次走刀 移去未被切除的材料。当加工复杂的型芯和型腔时，此模块在精加工刀轨作用之前减少了精 加工零件表面或获得均匀余量。7. UG/可变轴铳削(UG/Variable-AxisMilling )该模块