CADCAM技术的发展与UG技术

1、CAD/CAM技术的发展与 UG技术1.1CAD/CAM 技术概述基本概念CAD/CAM是计算机辅助设计与制造（Computer AidedDesign and Computer AidedManufacturing ）的英文缩写，是一项利用计算机软、硬件协助人完成产品的设计与制造的技术。CAD 一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，并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

2、 自动编程、 生产作业计划、生产控制、质量控制等。狭义的 CAM 一般仅指 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，并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与制造过程中就出现了如下分散系统： CAD 、 CAE （ Computer Aided Engineering ，计算机辅助工程分析） 、 CAPP （ Computer Aided

3、Process Planning ，计算机辅助工艺过程设计） 、 CAM 、 CAQ （ Computer Aided Quality ，计算机辅助质量管理） 、 CAFD （ Computer Aided Fixture Design ，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。但是，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，一个分散的 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一个独立的 CAM 系统，从而降低了计算机在产品设计和制

4、造过程中的使用效率。为此，提出了 CAD/CAPP/CAM 集成的概念，进而产生了一批基于 CAD/CAPP/CAM 集成化的计算机辅助设计与制造商用软件，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

5、的流动畅通无阻。CAD/CAM系统的组成通常一个完善的 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与操作功能、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，广义上讲硬件还包括用于数控加工的机械设备和机床等。软件一般包括系统软件、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各种功能的通

6、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。 目前国外引进的一些高档软件， 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。CAD/CAM系统CAD/CAM硬件系统CAD/CAM软件系统计算机外围设备系统软件支撑软件应用软件图 1-1 CAD/CAM 系统的基本组成由于企业技术水

7、平及生产能力不同，在 CAD/CAM 技术的应用及其系统的构建上可以有不同的形式。由于 CAD/CAM 系统的投资相对较大，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。Data BaseCAD/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

8、/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，还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（Management System，DBMS ）是用于对数据库及系统资源进行统一管理和控制的软件，它提供了对数据库的定义、建立、检索和编辑修改等操

9、作功能；对数据的安全性、完整性和保密性进行统一的控制管理，起着应用程序与数据库之间的接口作用（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。数据库系统与文件系统相比，具有如下特点：（ 1）数据的物理存储独立于应用系统，两者的单独改变不会相互影响；（ 2）由于同一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一次，就可以实现数据共享；（ 3）应用程序的编制可以不考虑数据的存储管理和访问效率等问题； （ 4）通过 DBMS 实现对数据的统一控制，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

10、）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一套软件接口的方法（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，这是下一代CAD/CAM和 CIMS 系统的数据管理主流。应用程序 1应用程序 2数据库数管理系统据库应用程序 n图 1-2数据库与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可以共同完成一项

11、大型的CAD/CAM任务，进行远程协同作业。机器部件 1部件 2部件 m零件 11零件 12零件 1p零件 m1零件 m2零件 mq（ a）机器1机器2部件 1部件 2部件 3部件 4部件 n（b）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02034HT150（ 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，可以将计算机网络分为基于全球Internet 的广域网和局域网两种。广域网需要采用合理的接入方式来进行远程数据传送，而局域网一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 CA

12、D/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，但一般是由网卡与媒体、服务器、工作站（微机） 、网间连接器并配以网络系统软件组成，如图1-4 所示。3成组技术工作站网卡服务器媒体媒体连接器工作站网卡媒体图 1-4局域网系统的组成成组技术是合理组织产品生产过程的一种将工程技术和管理集于一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有的相似性，为同组零件找出相对统一的最佳方案，从而节约时间和精力以取得所期望的经济效益。作为一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

13、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一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可以依据自身的产品特点选择其中一种，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推进信息化的工作都是围绕着产品的开发、生产、经营等各项工作来开展的。（ 1）产品任务 。根据上级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

14、，形成产品设计任务书，全部数据和有关任务均存放在统一数据库中。（ 2）详细设计。 各专业人员从统一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一数据库中。（ 3）工艺规划。由统一数据库下达型号研制任务，一旦详细设计工作开始，工艺人员就着手开展并行工作。一方面给设计人员提供工艺方面的技术支持，避免返工，另一方面开始做工装的准备工作，检查相应的设备、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。 从统一数据库中获取统一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

15、一数据库中提供的多媒体装配模型大大地方便了总装工作。生产制造部门也可以通过统一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。通过统一的数据库给设计、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。同时采购人员从统一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，又提高数据的一致性。为提高仓库管理水平，减少浪费创造有利条件。（ 6）生产计划。在统一的数据库中可以下达任务并实施监测，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。从统一数据库中获取产品结构信息，支持型号管理

16、。同时也可以获取工艺信息，自动生成统一的材料清单（如自制件清单、机加工件清单等），支持生产管理。一旦设计或工艺部门发生任何更改， 生产计划部门通过统一数据库立即可以获得更改后的最新数据，大大减少数据不一致的错误和不必要的延误。（ 7）财务管理。 统一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件。数据库的惟一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， 统一数据库把产品的各种关键质量控制点数据进行统一管理，通过分析找

17、出规律，提高生产力。因此，质量控制也离不开统一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。在统一的产品数据库中，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可以投入生产，抢占市场。同样电子样机不仅可以排除各种设计错误，大大减少生产环节的返工，还可以将设计的虚拟样机提前提供给最终用户，甚至可以通过互联网去吸引客户，扩大市场量。（ 10）统一数据库。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，在数据库中不仅可以保存产品的整个生命

18、周期的全部数据，同时还存有企业的各种资源，如人员、设备、标准件、通用件和刀具等。还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、制造与管理软件时，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

19、部门内部应用的 CAD/CAM 、PDM （ Product Data Management，产品数据管理）和 ERP（ Enterprise Resource Plan，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。所有这些也正是世界发达国家正在研究和采纳的世界一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

20、纪 60 70 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 70 80 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 80 90 年代。 经过上述两个阶

21、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，又要创造一种全新的信息交换、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与成熟，使企业信息化又迎来一个全新的时期，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，软件开发商们一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

22、来 UG 软件的发展反映了计算机辅助技术的进展。KBE（ Knowledge Based Engineering ，基于知识的工程） 技术将是下一代机械CAD/CAM的特点，它捕捉、分配和再使用每一个产品开发部门的工程专业知识。基于图纸基于特征基于过程数字化图纸数字化模型数字化过程·汽车·实体·消费品·特征·机械·形象化·模具基于知识数字化知识与过程·过程向导·顾问 /评审·基于规则建模图 1-5以 UG 为代表的计算机辅助技术的进展我国的 CAD/CAM技术开发与应用起步于20 世纪 70 年

23、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一些产品设计中的分析计算。进入 20 世纪 80 年代，国家在机械CAD/CAM技术开发与应用方面进行了重点投资，并取得了一系列在国内具有开创性的单元成果，也培养了一批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 技术的开发与推广力度。 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50 100 家

24、CAD/CAM 应用示范企业，扶持100 家，带动 5000 家企业的庞大计划。一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，并开始推广应用。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与工业发达国家相比都还有较大的差距，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

25、企业对CAD/CAM 技术的推广应用。1.4UG 技术及其在现代制造业中的作用UG 技术概述UGS（Unigraphics Solutions ）是全球发展最快的机械CAX （即 CAD 、 CAE 、 CAM等的总称）公司之一。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与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与分析简单化；能够有效地降低企业的生产成本并增加企业的市场竞争

26、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公司广泛使用的系统，这些公司包括波音飞机、通用汽车、普惠发动机、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，并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与专门过程的导向。UG 产品线如图1-6 所示。产品的创新与开发在UG 中的体现

27、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。入门知识驱动自动化（KDA ）· UG/Knowledge Fusion· UG/MoldWlzard· UG/Cear Engineering Wizard· UG/Die Engineering Wizard· UG/We

28、ld Assistand· UG/Open UIStyler· UG/Open GRIP· UG/Open API· UG/Open+计算机辅助工业设计（CAID ）· UG/Shape Stadio数据交换· IGES· STEP· DXF· 2D Exchange特殊应用· UG/GenConnect· UG/Design Verification· UG/Inspection· UG/Reverse Engineering· UG/Rapid Pro

29、totyping计算机辅助设计（CAD ）· UG/Solld Modeling· UG/Feature Modeling· UG/User Defined Feature· UG/Freeform Modeling· UG/Drafting· UG/Assembly Modeling· UG/Advanced Assemblies· UG/WAVE Control· UG/Gemetric Tolerancing· UG/Sheet Metal Design· UG/Advanced

30、 Sheet Metal Design· UG/Routing Base· UG/Tubing· UG/Piping· UG/Conduit· UG/Raceway· UG/Steelwork· UG/Wiring· UG/Quick Shape· UG/Geometric Tolerancing计算机辅助工程分析（CAE ）· UG/Scerurio for Structures· UG/Scenario for Structures +· UG/Scenario PE&#

31、183; UF/FEA计算机辅助制造（CAM ）· Base Machining· Face Milling· Fixed Contour Milling· Variable Contour Milling· Flow Cut· Cavity Milling· Z-level Milling· Sequential Milling· Thread Milling· NURBS Machining· Facet_Based Machining· Turning· Wi

32、re EDM· Shop Documentation· High Speed Machining· Tool Libraried(UG/Genius)· CAM Visualize· Speeds and Feeds table· Post Builder图 1-6 Unigraphics 产品线1全集成（ 1）数据和系统的集成。这是一个以数据库为核心的能将CAX 、 PDM （ Product DataManagement，产品数据管理） 、RE（Reverse Engineering ，逆向工程）、RP（ Rapid Protot

33、ype ，快速成型）、 ERP、 PM （ Project Management，项目管理）、 FM （ Finance Management，财务管理）等的数据信息和系统集成在一起的环境。这样才能做到D2B （ Design to Business ，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与制造、零部件制造与装配质量检测等全过程要能集成在一起。（ 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

34、间的信息集成，而且企业与配套供应商、销售商、客户之间的信息也能集成。UGS 的 iMAN 就提供了与 ERP、SCM 等的集成接口。2全相关全相关指的是： 在产品内部不仅保持尺寸大小的相关性，即几何相关， 更要具有过程相关。 不管是工业设计 （ CAID 还是工程分析（ CAE ）、工业夹具设计与制造和数控编程（数据的改变都会引起其他过程做出相关的变化。而且还具有结构形状的相关，）、概念设计和结构设计（ CAD ），CAM ），这中间任一阶段的结构UGS 提供的单一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UG/W AVE（含关联设计、 种子技术和几何

35、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， UGS 公司不仅与世界上一流的工程分析的专业公司结成了长期合作的战略联盟关系，在 UG 中含有与这些分析软件系统有着直接连接的高精度接口，而且还将这些分析系统（如 MSC/NASTRAN ， MDI/ADAMS

36、， Ansys 和 Mold flow 等）的基本、常用的部分植入到 UG 的分析应用模块中， 且保持与 CAD 的全相关。 因为它们都采用了同一图形内核 Parasolid。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一次成功率。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。 UGS 公司收购的EAI 公司的 Vis 系列虚拟可视化产品在国际上处于领先地位。Vis 系列产品可以与众多的CAD/CAM软件，如 UG 、Pro/E、ideas、CATIA 和 AutoCAD等进行无缝连接；可以集成读取多种PDM系统下的数据；可以运行于多种操

37、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，虚拟现实等都集成在一个 EAI/VIS的单一环境中。 EAI-Vis 系列产品为企业进行产品创新开发提供了一个完整、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一种优秀工具。5快速反应机制除了前面所述的以外， 还包括两个方面： 逆向工程 （RP）技术与快速成型 （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

38、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/QuickShape NURBS 曲面，从而反求出测量对象的数字模型。后者是将数字模型以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 与 CAD/CAM软件集成起来，组成一个快速反应的建模系统，可以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Quick Shape 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

39、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。这一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一个星期，且做到了一次成功。测量数据与 RP 模型之间的误差分析气象点云集快速成型的模型气道模具图 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 （Knowledge Based Engineering ）。它将人工智能（包括知识库、知识规则和逻辑推理等）与 CAX 系统有机地结合起来，使其应用对象从几何造型、分析和制造，延伸

40、扩展到工程设计领域，形成了工程设计与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，并成功开发出基于知识（KBE ）的工程应用模块：齿轮工程（Gear Engineering WizardV1.1 ）。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

41、条件即可。这里的“设计”包含几何建模及工程分析两部分。此外还开发有塑料模设计导引 （ Mold wizard V3.0 ），冲压模工程导引 （ Die Engineering Wizard V2.0 ），多工位级进模（ Progressive Die Wizard ）等。UG 的协同制造工程协同制造工程CME （ Collaborative Manufacturing Engineering）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

42、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 要求的是P3R 保持相关性。而不是目前所表现的独立、分散的状态。为了实现CME ， UGS 公司又提出了另一个新概念：虚拟工厂Efactory 。虚拟工厂的目标也就是P3R（如图 1-8 所示）。图 1-8 P3R 关联图UGS 公司推出的Efactory 系列产品是一个能够付之实用的工具。通过Efactory ，将原来孤立的 3P 和 R 集成在一起，实现协同制造。例如在“资源

43、设计Resources Design”方面， UGS 公司的方案将加工操作与资源需求紧密地连接在一起，在UGS iMAN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；并利用Factory CAD模块将工厂布置集成在CME 中，利用UGS 强大的建模能力，进行工装夹模具和刀具的设计。又如对于“工艺加工” （ Process applications），UGS 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：“ Mold Wizard ”、“ Weld Wizard ” 。再如在“工厂设计与布局”（ Plant Design）中， UGS 提供的 Factory CAD

44、 是一个基于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。这是一个智能化的巨型库，它除了进行工厂布置设计外，还可以进行产品装配仿真，工作过程的干涉检测。所有Factory CAD 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，都与e-Factory 的资源管理系统集合在一起，并支持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一个面向产品全生命周期的开放式协同并行集成环境，即CPC（ Collaborative Product Comm

45、erce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，为了同一目标，高速、优质、低耗地推出新的产品，协同而并行地工作。异地设计制造的协同、并行工具项目财务资源销售供应链质量管理产品创新开发的技术和手段现代化的管理模式产品工程管理图 1-9制造业的信息化环境1.5UG 软件主要功能模块简介UG/WAVEUG/WA VE技术提供了一个参数化产品设计的平台，为了维持设计的完整性和意图，此技术把概念设计与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。这一被称为“控制结构”的可

46、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，不同的设计概念可以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变化与整个产品设计的改变相关联。利用 WAVE 技术，用户可以识别驱动其产品设计最重要的变量，然后在一个相关的控制结构中捕捉它们，例如，用户在重新设计一种轿车的过程中，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

47、可以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，产品设计可以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。这些工程数据可以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 技术还可以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。这样就可

48、以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 还能够把过程中的模型自动更新。基于这些效能，用户可以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一小部分。在 UG/W AVE 的工程软件包中，包括UG/ 入口（ Gateway ）、 UG/ 实体建模（ SolidModeling ）、 UG/ 特征建模（ Features Modeling ）、 UG/ 自由曲面建模（ Freeform Modeling ）、 UG/ 工 程 制 图 （ UG/Drafting ）、 UG/ 装 配 建 模 （ Assembly Mode

49、ling ）、 UG/ 虚 拟 现 实（ UG/Reality ）、 UG/ 逼真着色（ UG/Photo ）、 UG/ 几何公差（ UG/Geometric Tolerance）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 ）。同时提供的还有层控制、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

50、 还提供一个与各种高分辨率绘图机接口的许可证，并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与着色，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一种简单的方法来实现基于知识的工程技术。UG/Gateway 还包括 UG/Web Render（将在后面介绍） 。2 UG/ 实体建模（ UG/Solid Modeling）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，使用户可以充分利用集成于先进的、基于

51、特征环境中的传统的实体、面、线框造型的优势。UG/Solid Modeling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。它还提供用于快速、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）的图形环境与其他建模模块的操作相同。3 UG/ 特征建模（ UG/Feature Modeling）该模块提高了表达式设计的层次，设计信息可以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。同时还可以挖空实体建立薄壁件。特征还可以被参数化定义并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，也可以被添加到设计模型中。特征还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。特征组排列可以是个别的定位，也可以是在简单图案和阵列中定位。4 UG/ 自由曲面建模（UG/Free form Modeling）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面建模的技术合