CADCAM技术的发展与UG技术

CADCAM技术的发展与UG技术（DOC25）⑴

1.1CAD/CAM技术概述

1.1.1基本概念

CAD/CAM是计算机辅助设计与制造（ComputerAidedDesignandComputerAided

Manufacturing）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通常是指工程技术人员在计算机构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构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，包含工艺过程设计、工装设计、NC自动编程、生产作业

计划、生产操纵、质量操纵等。

狭义的CAM通常仅指NC程序编制，包含刀具路径规划、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，高速进展于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（ComputerAidedEngineering,计算机辅助工程分析）、CAPP

（ComputerAidedProcessPlanning,计算机辅助工艺过程设计）、CAM、CAQ（Computer

AidedQuality,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与数控编程自动化

等方面起到了重要的作用。但是，使用这些各自独立的分散系统不能实现系统之间信息的

自动传递与交换。比如，一个分散的CAD系统设计的结果既不能直接为CAPP系统同意，

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

产品设计与制造过程中的使用效率。为此，提出了CAD/CAPP/CAM集成的概念，继而产

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与CAM各模块之间有关信息的自动传

递与交换。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、与标

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淌畅通无阻。

1.1.2CAD/CAM系统的构成

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、大量数据与知识的存储及快速检索与操作功能、人机交互

通信的功能、输入与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、软件三大部分构成，其中硬件包含计算机及其外部设备，广义上讲硬件还包含用于数

控加工的机械设备与机床等。

软件通常包含系统软件、支撑软件与应用软件三类。系统软件要紧负责管理硬件资源

及各类软件资源，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各类功能的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与提高，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系统的基本构成。

图1-1CAD/CAM系统的基本构成

由于企业技术水平及生产能力不一致，在CAD/CAM技术的应用及其系统的构建上能

够有不一致的形式。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，务必通过充分的论证，这也是当前我国在推广应用信息化技术改造与提升传

统制造业企业技术水平的过程中需要重视的问题。随着软硬件技术与网络技术的进展，

CAD/CAM系统的总体趋势是向着集成化、智能化、标准化与网络化方向进展。

1.1.3CAD/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与网络技

术，随着CAD/CAM技术应用范围的不断扩大与深入，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，包含产品的物理

特征、材料性能、数学模型、零件规格、几何形体描述、测试数据与各类设计标准与规范

等，内容极为广泛。数据表现形式除了数值、文字信息之外，还有大量的儿何图形信息。

如何管理这些数据信息，将直接影响CAD/CAM系统的应用水平与工作效率。

目前流行的数据管理模式要紧是数据库管理模式。数据库管理系统（DataBase

ManagementSystem,DBMS）是用于对数据库及系统资源进行统一管理与操纵的软件，它

提供了对数据库的定义、建立、检索与编辑修改等操作功能；对数据的安全性、完整性与

保密性进行统一的操纵管理，起着应用程序与数据库之间的接口作用（如图1-2所示）。数

据库的结构要紧分为层次型、网状型与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，

两者的单独改变不可能相互影响；（2）由于同一数据可组织在不一致的文件中，因此每个

数据在理论上只需要存储一次，就能够实现数据共享；（3）应用程序的编制能够不考虑数

据的存储管理与访问效率等问题；（4）通过DBMS实现对数据的统一操纵，确保了数据的

正确性与保密性。

目前CAD/CAM集成系统的数据管理要紧采取下列三种方法：（1）基于文件记录的专

用数据管理方法，要紧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与CIMS系统的数据管理主流。

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与特点：（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）若干台地域不一致的计算机能够共同完成一项大型的CAD/CAM任务,

进行远程协同作业。

(a)

|部件口|部件|部，牛3||部祥4|-|部存

（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，能够将计算机网络分为基于全球Internet的广域网与局域网

两种。广域网需要使用合理的接入方式来进行远程数据传送，而局域网通常仅限于数公里

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，但通常是由网卡与媒

体、服务器、工作站（微机）、网间连

接器并配以网络系统软件构成，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

程的一种将工程技术与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，从而节约时间与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、开发与利用等方面的内容。

通常应用构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

统是用数字与字母对零件特征进行标识与描述的一套特定的规则与根据。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。通常每个企业或者部门

能够根据自身的产品特点选择其中一种，或者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者市场定单，利用各类专业软件进行

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

据与有关任务均存放在统一数据库中。

(2)全面设计。各专业人员从统一数据库中获取任务指令与有关的设计任务书，按时

把各自的设计文档、图形、图纸、技术要求与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，一旦全面设计工作开始，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与制造结构。通过可视化技术准

确地懂得加工图形所对应的三维模型。统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。生产制造部门也能够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、工艺与制造人员提供设备、材料、部件与

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，减少浪费制造有利条件。

(6)生产计划。在统一的数据库中可下列达任务并实施监测，每项设计、工艺与制造

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。同时也能够获取工艺信息，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。一旦设计或者工艺部门发生任何更换，生产计划部门通过统一

数据库立即能够获得更换后的最新数据，大大减少数据不一致的错误与不必要的延误。

(7)财务管理。统一数据库中包含产品全部设计与工艺数据。数据库提供各类查询检

索工具、汇总工具与报表工具等，财务系统监督型号研制费用、估算产品直接成本制造了

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。产品数据的不一致配置为财

务管理的灵活性提供有利的支持。

（8）质量操纵。为了改变以量求质的状况，统一数据库把产品的各类关键质量操纵点

数据进行统一管理，通过分析找出规律，提高生产力。因此，质量操纵也离不开统一的产

品数据所提供的准确的产品配置结果。

（9）市场销售。型号批次的变化或者市场需求的变化，要求中国企业能够做出快速反

应。在统一的产品数据库中，积存了大量的成功经验。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类设计错误，大大减少生产环节的返工，还能够

将设计的虚拟样机提早提供给最终用户，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，在数据库中不仅能够储存产品的整个生命周期的全部数据，同时还存有企业的

各类资源，如人员、设备、标准件、通用件与刀具等。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，便于追溯与检查原因，更重要的是在数据库中不断积存起来的

产品知识。

上述工作只有当使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进展

人类进入21世纪，随着计算机应用技术的进展,制造业的进展模式也发生了重大变化,

表现为企业从CAD、CAE与CAM等单点技术或者应用孤岛，进展为基于“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“工厂生产制造计划与配置”进

展；从企业或者部门内部应用的CAD心AM、PDM（ProductDataManagement,产品数据

管理）与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进展己成为制造业进展的总体趋势。

制造业信息化工程的核心就是使用国际上最先进的信息化技术，提高企业产品的创新

能力与高新技术含量、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

究与采纳的世界一流的新技术与新方法。

制造业CAD/CAM技术及其信息化工程的进展历程大致经历了下列几个阶段：

（1）孤立的应用模式。这个阶段的进展跨越了20世纪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、质量管理与后勤等部门）

各自使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。这个阶段的进展跨越了20世纪70〜80年代。企业各部门

之间各取所需，根据自己本部门进展的需要，不断完善自己的应用系统，解决部门内部

的信息共享与反馈，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)信息的交换与集成。这个阶段的进展跨越了20世纪80〜90年代。通过上述两个

阶段的进展，信息的传递问题显得非常突出，因此便有了各部门之间协同，或者是对信息

重新调整，或者是更换系统，开发新的应用系统与大量的接口，即要继承大量的历史数据,

又要制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，随着网络技术的进展与成

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进展到企业间信息相

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

济的进展主体。

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年来UG软件的进展反映了计算机辅助技术的进展。KBE

(KnowledgeBasedEngineering,基于知识的工程)技术将是下一代机械CAD/CAM的特点,

它捕捉、分配与再使用每一个产品开发部门的工程专业知识。

7488952000

''基于图纸基于特征基于过程基于知识

数字化知识与过程

汽年

实

体

消费

特

征

机械•过程向导

形

象

化

模具♦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年代，由于受当时计算机硬件与

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

年代的快速进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”与“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

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与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与

参数化设计阶段。

然而，我国CAD/CAM技术的研究水平与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

1.4.1UG技术概述

UGS（UnigraphicsSolutions）是全球进展最快的机械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与紧密集

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与过程的知识工程的组合。UG软件能够为各类规模的企业提供可

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实力。正是由于该软件的高度集成

化与优越的性能，使之成为目前世界上最优秀公司广泛使用的系统，这些公司包含波音飞

机、通用汽车、普惠发动机、飞利浦、松下、精工与爱立信等。UG成为日本要紧的汽车

配件生产商Denso的标准，占有90%的俄罗斯航空市场与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、医疗设备与电子等行业，并发挥着越来越显著的作用。

UG产品要紧包含计算机辅助工业设计、工程设计一、工程分析与制造，与知识驱动自

动化的工具与专门过程的导向。UG产品线如图1-6所示。

1.4.2产品的创新与开发在UG中的表达

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、全面设

计、生产计划到制造质量操纵都要创新。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与手段，

要紧包含：全集成、全有关、前瞻性、数字样机、快速反映机制与知识工程（KBE）这6

个方面。

入门

l_

知识驱动自动化（KDA）计算机辅助设计（CAD）计算机辅助制造（CAM）

,BaseMachining

•UG/KnowledgeFusion•UG/SolldModeling

•FaceMilling

•UG/MoldWlzard•UG/FeaturcModeling

,FixedContourMilling

•UG/CearEngineeringWizard•UG/UserDefinedFeature

,VariableContourMilling

•UG/DieEngineeringWizard,UG/FreeformModeling

•FlowCut

,UG/WeldAssistant1,UG/Drafting

,CavityMilling

•UG/OpenUlStyler•UG/AssemblyModeling

•Z-levelMilling

•UG/OpenGRIP•UG/AdvancedAssemblies

•SequentialMilling

•UG/OpenAPI•UG/WAVEControl

,ThreadMilling

•UG/Open++•UG/GemetricTblerancing

•NURBSMachining

•UG/SheetMetalDesign

•UG/AdvancedSheetMetalDesign,Facet_BasedMachining

一计算机辅助工业设计（CAID）•Turning

•UG/RoutingBase

•UG/Tubing•WireEDM

•UG/ShapeStadio•ShopDocumentation

•UG/Piping

•UG/Conduit•HighSpeedMachining

,ToolLibraried(UG/Genius)

•UG/Raceway

数据交换

•UG/Steclwork,CAMVisualize

•SpeedsandFeedstable

•UG/Wiring

•IGES•PostBuilder

•UG/QuickShape

•STEP

•UG/GeometricTolerancing

•DXF

•2DExchange

—计算机辅助工程分析（CAE）

特殊应用

•UG/GenConnect,UG/SccrurioforStructures

,UG/DcsignVerification,UG/ScenarioforStructures+

•UG/Inspection•UG/ScenarioPE

•UG/ReverseEngineering•UF/FEA

,UG/RapidPrototyping

图1-6Unigraphics产品线

1.全集成

（1）数据与系统的集成。这是一个以数据库为核心的能将CAX、PDM（ProductData

Management.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（FinanceManagement,财

务管理）等的数据信息与系统集成在一起的环境。这样才能做到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、全面设计、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.全有关

全有关指的是：在产品内部不仅保持尺寸大小的有关性，而且还具有结构形状的有关,

即几何有关，更要具有过程有关。不管是工业设计（CAID）、概念设计与结构设计（CAD）,

还是工程分析（CAE）、工业夹具设计与制造与数控编程（CAM）,这中间任一阶段的结构

数据的改变都会引起其他过程做出有关的变化。

UGS提供的单一数据结构的主模型技术、超变量几何方法、基于产品与特征的直接建

模与产品总体有关设计技术一一UG/WAVE（含关联设计、种子技术与几何元素的连接有关）

与工程分析的UG/Scenario都给工程技术人员提供了实现全有关的最佳工具与手段。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、定位的方式与位置、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

化与仿真模拟。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,MDVADAMS,Ansys与Moldflow等）的基本、

常用的部分植入到UG的分析应用模块中，且保持与CAD的全有关。由于它们都使用了同

一图形内核Parasolido这就大大方便了工程设计人员的设计，提高了设计的质量与一次成

功率。

4.数字样机

关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、分析与仿真工具是十

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系列产品能够与众多的CAD/CAM软件，如UG、Pro/E、ideas、CATIA与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、儿何

物理性能的分析、动静态的几何分析、人机工程与制造过程的仿真，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，还包含两个方面：逆向工程（RP）技术与快速成型（RP）技术。

前者是使用三坐标测量仪或者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者纸质的该物理实体。用于评估、分析与作为模芯等。

将RE、RP与CAD/CAM软件集成起来，构成一个快速反应的建模系统，能够大大加

快产品的开发质量与速度。比如柴油机上气道的设计就使用这种方法（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、吹气测试与作为模具的模芯，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与质量，使原先要六个星期的设计缩短为一个星期，且做到了一次

成功。

气象点云集

快辿成雪的曜气警具

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设计系统进展的新趋势，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（包含知识库、知识规

则与逻辑推理等）与CAX系统有机地结合起来，使其应用对象从几何造型、分析与制造,

延伸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、原理与规范等结合到CAX系统中，使得设计人员只要输入

工况或者工程参数或者应用要求，系统就能根据有关知识、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技术进展的新阶段。

UGS要紧通过使用KDA技术成功应用了KBE的基本原理，实现了用知识驱动儿何建

模，并成功开发出基于知识(KBE)的工程应用模块：齿轮工程(GearEngineeringWizard

VI.Do它含有齿轮设计、轴的设计、轴承设计、键的设计与壳体的建模，设计人员只要输

入程序参数或者工况条件即可。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(MoldwizardV3.0),冲压模工程导引(DieEngineeringWizard

V2.0),多工位级进模(ProgressiveDieWizard)等。

1.4.3UG的协同制造工程

协同制造工程CME(CollaborativeManufacturingEngineering)是结合企业、工厂的生

产制造与计划管理提出的新概念，它包含装配工程、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与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)如何安排这个制造过程(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保持有关性。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)。

协同制造collaboration

装配计划制造计划资源库加工设备管理

resource

assemblyfabricationtool

librariesmanagement

Pplannerplanner

R企

工作场所ProcessE业

OResource工装夹刀具

R资

Dworkplanningdesign设计

p源

产Uplace工艺计划资源设计tooling/

计

品plannerproductfixturedesign

划

数process

一一可视Validqtjon验证

制

据resourco

plantM造

factory工厂设计工艺加工

DRoboticsE执

modeling

APlantProcess机器人S行

T工厂建模DesignApplication系

A统

materialSimulationNC

Programming

flowAnimation

optimization动态仿真Stamping数控编程

物流优化

工作指令workinstructions.shopfloordata车间层数据

图1-8P3R关联图

UGS公司推出的Efactory系列产品是一个能够付之有用的工具。通过Efactory,将原

先孤立的3P与R集成在一起，实现协同制造。

比如在“资源设计ResourcesDesign"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；并利用FactoryCAD模块将工厂布置集成在CME中，利用UGS强大的建

模能力，进行工装夹模具与刀具的设计。

又如关于"工艺加工"(Processapplications),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：“MoldWizard"、“WeldWizard”........

再如在“工厂设计与布局”(PlantDesign)中，UGS提供的FactoryCAD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、工件架与起重机

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，

还能够进行产品装配仿真，工作过程的干涉检测。所有FactoryCAD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中得到了完整的表达与应用。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

(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WEB,e-Vis

协同、并行工具Vis-Conference

PORTAL

PMERP

FM

SMSCM

QC

产品创新开发现代化的管理模式

的技术和手段产品工程管理

CAID/CAD/CAE/CAMVVPDM

KBE,Wizards,RE,RP

图1-9制造业的信息化环境

1.5UG软件要紧功能模块简介

1.5.1UG/WAVE

UG/WAVE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与意图，

此技术把概念设计与全面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、操纵与评估成为可能。这一被称

之“操纵结构”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

形体框架与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

这些变动与版本。通过参数化的编辑操纵结构，不一致的设计概念能够被迅速地分析与评

估。在操纵结构中的关键几何模型可被有关联地复制到通过全面设计的产品装配中，这样

在今后的产品开发过程中就同意高级概念设计上的变化与整个产品设计的改变有关联。

利用WAVE技术，用户能够识别驱动其产品设计最重要的变量，然后在一个有关的操

纵结构中捕捉它们，比如，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与腿部空间来对其进行更换时，用WAVE技术，用户能够容易而迅

速地获得这种更换带来的影响。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、配置与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与外形，同时定义要紧子系统之间的界面。

WAVE技术还能够很容易地适用于其他方面，包含全面设计与制造计划。比如，WAVE

技术的几何连接器(包含在UG装配模块中)使用户得以直接地把有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与键的外形与位置结合起来，而这些关系是相

互关联的。这样就能够确保设计的意图与整体性得以保护。当设计与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一小部分。

在UG/WAVE的工程软件包中，包含UG/入口(Gateway)、UG/实体建模(Solid

Modeling)>UG/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，包含打开已存在的UG部

件文件、创建新的部件文件、绘制工程图与屏幕布局与读入输出各类不一致格式的文件，

与参数实体(Parasolid)转换文件与计算机图形的图源文件(CGM)。同时提供的还有层操

纵、视图定义、屏幕布局与显示操纵功能。包含消隐/再现对象与在线帮助功能。UG/Gateway

还提供一个与各类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、实体与表面模型的显隐与着色，提供了高级的可视化功能，建

造与管理零件族，操纵零件间的表达式，以便通过分析有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还包含

UG/WebRender(将在后面介绍)。

2.UG/实体建模(UG/SolidModeling)

该模块将基于约束的特征建模与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

便地建立二维与三维线框模型、扫描与旋转实体与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与更通用的建模与编辑任务的工具。该模块易

于懂得的基于图标(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/FeatureModeling)

该模块提高了表达式设计的层次，设计信息能够用工程特征的术语来定义。它提供了

支持建立与编辑下列各类标准的设计特征：孔、槽、型腔、凸台、垫、柱体、块体、锥体、

球体、管状体、杆、倒圆与倒角等。同时还能够挖空实体建立薄壁件。特征还能够被参数

化定义并对其尺寸大小与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。特征还能够相关于其他的特征或者物体定位，也能够被引用以

建立有关特征组。特征组排列能够是个别的定位，也能够是在简单图案与阵列中定位。

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、进气道与其他工业产品的造型设计。它

可将实体建模与表面建模的技术合并，建成一个功能强大的建模工具组。此建模技术包含

沿曲线的通用扫描法，使用一条、二条与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，光滑桥接在两个或者

更多的其他实体间隙的曲面。此外，该模块还提供计算复杂模型的形状、尺寸与曲率的易

于使用的工具。

5.UG/用户自定义特征(UG/User-DefinedFeatures)

该模块提供一种利用用户自定义的特征(UDF)概念去捕捉与存储零件族的方法，易

于恢复与编辑。该模块还提供了一些工具，如同意取一个已存在的用标准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、定义特征变量、设置默认值与确定调用

特征时所使用的通常形式所需的全部工具。用户自定义特征建立后，将驻留在一个目录中，

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、工程师与绘图员从三维实体模型得到完全有关的二维工程图。

利用UG的复合建模技术，该模块可生成尺寸与实体模型有关的工程图，并保证随着实体

模型的改变而同步更新工程图尺寸，包含消隐线与有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，并能快速生成装配分解图。不管绘制单页还是多页全面装

配图及零件图，UG/Drafting都能减少绘图时间与成本。

7.UG/装配建模(UG/AssemblyModeling)

该模块提供了并行的、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与编辑。部件可灵活地配对或者定位，同时一直保持其关联

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还能够描述各部

件之间的配对关系、确定通用紧固件组及其他复制的部件。这种体系机构同意建立非常庞

大的产品结构并为设计组之间共享，使产品开发构成员始终与他人并行地工作。按用户规

定的命名规则或者使用UG/Manager的配置规则，都能够正确地访问不一致版本的零件.

8.UG/高级装配(UG/AdvancedAssemblies)

该模块将高速渲染着色与间隙分析技术相结合，提供了数据装载操纵功能，同意用户

对装配结构的部件进行过滤分析。UG/AdvancedAssemblies能够管理、共享与评估数字模

型，以完成一个复杂产品的全数字化装配模型。用它提供的各类工具，用户可对整个产品、

指定的子系统或者零件进行可视化及装配分析，并使产品的性能与生产率达到最优化。变

更模型的表示方式，同意迅速地进行间隙检测，并对有阴影与隐藏线的视图着色。间隙的

检测结果可被