UG 的历史和主要模块的介绍

重生雨雪

1.1 UG产品介绍 Unigraphics Solutions公司(简称UGS)是全球著名的MCAD供应商,主要为汽车与交通、 航空航天、日用消费品、通用机械以及电子工业等领域通过其虚拟产品开发(VPD)的理念提供多级化的、集成的、企业级的包括软件产品与服务在内的完整的MCAD解决方案。其主要的CAD产品是UG。 Unigraphics（简称UG）是集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。本章着重介绍UG的特点、功能和安装。使对UG有个初步的了解。 UG公司的产品主要有为机械制造企业提供包括从设计、分析到制造应用的Unigraphics软件、基于Windows的设计与制图产品Solid Edge、集团级产品数据管理系统iMAN、产品可视化技术ProductVision以及被业界广泛使用的高精度边界表示的实体建模核心Parasolid在内的全线产品。以下是UG软件的发展历史： l 1960年 McDonnell Douglas Automation公司成立。 l 1976年收购Unigraphics CAD/CAM/CAE系统的开发商——United Computer公司，Unigraphics雏形产品问世。 l 1983年 Unigraphics II进入市场。 l 1986年 Unigraphics吸取了业界领先的、为实践所证实的实体建模核心——Parasolid的部分功能 l 1989年 Unigraphics宣布支持UNIX平台及开放系统结构，并将一个新的与STEP标准兼容的三维实体建模核心Parasolid引入Unigraphics。 l 1990年 Unigraphics作为McDonnell Douglas(现在的波音公司)的机械CAD/CAM/CAE的标准。 l 1991年 Unigraphics开始了从CADAM大型机版本到工作站版本的移植 l 1993年 Unigraphics引入复合建模的概念，可将实体建模、曲面建模、线框建模、半参数化及参数化建模融为一体。 l 1995年 Unigraphics首次发布Windows NT版本。 l 1996年 Unigraphics发布了能够自动进行干涉检查的高级装配功能模块、最先进的CAM模块以及具有A类曲面造型能力的工业造型模块；它在全球迅猛发展，占领了巨大的市场份额，已成为高端、中端及商业CAD/CAM/CAE应用开发的常用软件。 l 1997年 Unigraphics新增了包括WAVE在内的一系列工业领先的新功能，WAVE这一功能可以定义、控制和评估产品模板；被认为是在未来五年中业界最有影响的新技术。 l 2000年发布新版本－UGV17。新版本的发布，使UGS成为工业界第一个可装载包含深层嵌入“基于工程知识”（KBE）语言的世界级MCAD软件产品的主要供应商。利用UGV17，制造业公司在产品设计中可以通过一个叫做“KnowledgeDrivenAutomation”（KDA）的处理技术来获取专业知识。 l 2001年发布新版本－UGV18，新版本中对旧版本中对话框做了大量的调整，使在更少的对话框中完成更多的工作从而使设计更加便捷。自从UG出现以后，在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。多年来，UGS一直在支持美国通用汽车公司实施目前全球最大的虚拟产品开发项目，同时Unigraphics也是日本著名汽车零部件制造商DENSO公司的计算机应用标准，并在全球汽车行业得到了很大的应用，如Navistar、底特律柴油机厂、Winnebago和Robert Bosch AG 等。 另外，UG软件在航空领域也有很好的的表现：在美国的航空业，安装了超过10,000套UG软件；在俄罗斯航空业，UG软件具有90%以上的市场；在北美汽轮机市场，UG软件占80%。UGS在喷气发动机行业也占有领先地位，拥有如Pratt & Whitney和GE 喷气发动机公司这样的知名客户。航空业的其它客户还有：B/E航空公司、波音公司、 以色列飞机公司、英国航空公司、Northrop Grumman、伊尔飞机和Antonov。 同时，UGS公司的产品同时还遍布通用机械、医疗器械、电子、高技术以及日用消费品等行业，如：3M、Will-Pemco、Biomet、Zimmer、飞利浦公司、吉列公司、Timex、 Eureka 和Arctic Cat等。 UG进入中国以后，其在中国的业务有了很大的发展，中国已成为其远东区业务增长最快的国家。 1.2 UG产品的特点 Unigraphics CAD/CAM/CAE系统提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。UG面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术,在面向过程驱动技术的环境中，用户的全部产品以及精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环节保持相关，从而有效地实现了并行工程。该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言UG/OPen GRIP，UG/open API简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。具体来说，该软件具有以下特点： l）具有统一的数据库，真正实现了CAD/CAE/CAM等各模块之间的无数据交换的自由切换，可实施并行工程。 2）采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。 3）用基于特征（如孔、凸台、型胶、槽沟、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，类似于工程师传统的设计办法，并能用参数驱动。 4）曲面设计采用非均匀有理B样条作基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型。 5）出图功能强，可十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。能按ISO标准和国标标注尺寸、形位公差和汉字说明等。并能直接对实体做旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切生成各种剖视图，增强了绘制工程图的实用性。 6）以Parasolid为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。目前著名CAD/CAE/CAM软件均以此作为实体造型基础。 7）提供了界面良好的二次开发工具GRIP（GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING）和UFUNC（USER FUNCTION），并能通过高级语言接口，使UG的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合起来。 8）具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择。 1.3 UG各功能模块UG的各功能是靠各功能模块来实现的，有不同的功能模块，来实现不同的用途，从而支持其强大的Unigraphics 三维软件。下面简要介绍各常用模块。 1.3.1 CAD模块1．UG/Gateway (入口) 提供一个Unigraphics基础，UG/Gateway在一个易于使用的基于Motif环境中形成连接所有UG模块的底层结构，它支持关键操作，包括打开已存的UG部件文件，建立新的部件文件，绘制工程图和屏幕布局以及读入和写出CGM等，也提供层控制，视图定义和屏幕布局，对象信息和分析，显示控制，存取“帮助”系统，隐藏/再现对象和实体和曲面模型的着色。UG/Gateway包括一个没有限制的高分率的绘图仪许用权，模块也提供一个现代化的电子表格应用，构造和管理零件家族并操纵部件间表达式。它由相关的解析方案，扩充的模型易于进行设计，标准的桌面查找功能提供一个简单的基于知识工程技术的执行方法，UG/Gateway是对所有其它Unigraphics 应用的必要基础。 2． UG/Solid Modeling (实体建模) 提供业界最强的复合建模功能。UG/Solid Modeling无缝地集成基于约束的特征建模和显式几何建模，用户可以取得集成于一个高级的基于特征环境内的传统实体，曲线和框线建模的功能，UG/Solid Modeling使用户能够方便地建立二维和三维线框模型，扫描和旋转实体，布尔运算及进行参数化编辑，包括对快速和有效的概念设计的变量化的草图绘制工具以及更通用的建模和编辑任务的工具，模块的易于了解和基于图符的图形环境是同一基础，从那里，所有其它建模模块被存取与操作，UG/Solid Modeling 是对UG/Feature Modeling和UG/Freeform Modeling两者的必要基础。 3． UG/Features Modeling (特征建模) 这个模块提高了表达式的级别，因而设计可以在工程特征的意义中来定义，提供对建立和编辑标准设计特征的支持，包括几种变形的孔，键槽，型腔，凸垫，凸台及全集的园柱， 块，锥，球，管道，杆，倒圆，倒角等等，也包括实体模型控空和建立薄壁对象，为了基于尺寸和位置的尺寸驱动编辑参数化地定义特征，已经存贮在一共同目录中的用户定义特征也可以添加到设计模型上，特征可以相对于任一其它特征或对象定位，也可以被引用阵列考贝，以建立特征的相关集或是个别地定位或是在一简单图案和阵列中定位。 4． UG/Freeform Modeling (自由形状建模) 使得能够进行复杂自由形状的设计如机翼和进气道，以及工业设计的产品，UG/Freeform建模形成对合并实体和曲面建模技术到一单个强大功能的工具集的基础，技术包括沿曲线的扫描，利用1，2和3个轨道方法比例地建立形状，从标准二次锥方法的放样体，园形或锥形模截面的倒园(圆角 )，在二个或更多的其它体间充顺桥接间隙的曲面，也支持通过一个曲线/点网格定义形状或对逆向工程任务通过点出去拟合建立形形状模型可以或通过修改定义的曲线，改变参 数的数值，或通过利用图形的或数字的规律控制来进行编缉。例如，一个可变半径的倒园或改变一个扫描的横截面积， 模型是与所有其它UG功能完全集成的，UG/Freeform Modding也包括为评估复杂模型的形状、尺寸和曲率的易于使用的工具。 5． UG/User-Defined Features (用户定义的特征) 这个模块提供一种交互方法，为了易于恢复和编辑、使用一用户定义特征(UDF)的概念去捕捉和存贮部件家族，模块包括取一个已存参数化实体模型，它是利用标准Unigraphics 工具创建的，定义特征变量，建立参数间关系，设置缺省值和决定当调用时特征将取的一般形状所需的所有工具。当建立时，UDF驻留在一个由任一设计员利用模块可以存取的目录中，在一个UDF被加到设计模型之后，它的任一参数可以使用正常的特征编辑技术进行编辑,它的行为将符合于设计意图,按UDF原来的创建者建立的设计意图。 6． UG/Drafting (制图) UG/Drafting使任一设计师，工程师或制图员能够以实体模型去绘制产品的工程图，基于Unigraphic的复合建模技术， UG/Drafting建立与几何模型相关的尺寸，确保在一模型改变时，图将被更新，减少图更新所需的时间，视图包括消隐线和相关的模截面视图，当模型修改时也是自动地更新，自动的视图布局能力提供快速的图布局，包括正交视图投射，截视图，辅助视图和细节视图，UG/Drafting支持在主要业界制图标准，ANSI，ISO，DIN和JIS中图的建立，它由一完整的基于图符的图创建和注释工具，利用由UG/Assenigly Modeling创建的装配信息方便地建立装配图，包括快速地建立装配分解视图的能力，无论是制作一单一片图或一多片细 节的装配和 组件工程图，UG/Drafting减少工程图生成的时间和成本。 7． UG/Assembly Modeling (装配建模) 提供一个并行的自顶一向下的产品开发方法，UG/Assemly Modeling的主模型可以在总装配的上下文中设计和编辑，组件被灵活地配对或定位,并且是相关的改进了性能和减少存贮的需求，参数化地装配建模提供为描述组件间配对关系和为规定共同的紧固件组和其它重复的零件的附加功能，结构体系允许极大的产品结构由一设计队伍来创建和共享，这个使队伍成员继续它们的工作与其它人并行，部件的版本和 或由用户规定的命名规则或由UG/Manager的配置规则来正确存取。 8． UG/Advancd Assemblies (高级装配) 组合高速渲染和间隙分析，UG/Advanced Assenblies提供数据装载控制，它允许用户过滤装配结构，UG/Advanced Assemblies管理，共享和评估数字化模型以获得对复化产品布局的全数字的实物模型过程，它的工具允许用户当做一个整个产品，专门子系统或和子元素的视觉效果和分析时，优化性能和生产率，更改的模块表示允许快速间隙检查着色的渲染和消隐线视图，间隙研究测试结果与数据可以存贮起来，以便今后再使用并在此处理中可选项的运行，如果需要,模 块将自动地递交对硬干涉的精确答案，可以定义区域和组件集，它们可以由设计队伍共享，当为了一个工程更改选择一个大产品结构的部分时可以改进响应性能。 9． UG/Photo UG/Photo通过高级的图形工具，可视地增强CAD模型，包括可选项的质量级别，视图着色，装配着色，动画，正交的和透视的视图，光源，阴影和工程材料库，结果是一个强有力的媒介有效地通讯概念和想法到整个组织，到客户和供应商，典型使用包括设计评审，产品建议,客户演示和市场材料，UG/Poto是与其它Unigraphics模块完全集成的。 10．UG/FAST 该模块提供在Unignphics 3-D实体格式中定义的一个标准零件库系统，它通过一个直观的图形介面方便地存取，库系统提供综合的3-D 标准件库，ISO紧固件，ANSI紧固件，DIN紧固件，DIN轴承，DIN钢结构和为专门客户化信息的一个UG/FAST用户化工具组，UG/FAST支持UG/Assemblies用户定义特征或部件读入，该模块使得能够实现标准部件子装配选择的功能和与IMAN和UG/Maneger打包。 11．UG/WAVE Control (控制) Unigraphics的WAVE技术提供一个产品文件夹工程的平台， 这个允许概念与详细设计的改变的传递到整个产品,而维持设计的完整性和意图，在这个平台上构造，创新的WAVE工程 过程使能够实现高一级产品设计的定度，控制和评估。一个称它为“控制结构”的可再使用的设计模板，通过定义构架几何体和关键设计变量去表示概念的产品设计CAE的需求构入到模型中，PDM用于管理变动和修改再版，通过参数化编辑控制结构，可以快速地分析和评估不同的设计概念。在控制结构中的关键几何体，相关地拷贝到详细的产品装配模型中，在之后的开发过程中，允许高级概念改变波动到产品设计。 12．UG/Geometric Tolerancing (几何公差) 该模块提供尺寸标注工程和改变分析的基础，它使得能够实现几何公差规定的智能定义，因它完全相关到模型，基于选择的公差标准，如ANSI，Y14.5M-1982，ASME，Y14.5M-1994 或ISO1101-1983，该模块支持快速和方便地建立，编辑和查 询基准和公差，通过一个现代的用户界面，基准和公差的句 法和关系合理性检验，由于建模或基准改变公差的自动更新及自动继承GD &T符号到工程图，这个信息到下游应用的通讯，包括对零件的公差分析，对装配件的的公差累积分析和 检查通过一个综合的UG/Open API 提供，从嵌入模型中的公差信息导得的优点是，一致作用的和解释的GD &T，消除了多余数据加入，减少了对工程图的依赖，正式的文当和产品 评审的需要，和便于工程和制造的分析。 1.3.2 CAM模块1． UG/CAM Base (基础) UG/CAM Base提供在一易于使用的基于Motif环境中连接所有有共同功能加工模块的基础，这个基础模块允许用户通过观察刀具的移动，图形地编辑刀轨和执行图形地改变，如扩展，缩短或修改刀轨，它也包括对如钻孔，攻丝，镗孔等任务的通用目的的点到点操作子程序，一个用户化对话框的特征允许用户修改对话框和建立被改编到它们的专用菜单，这个减少培训的时间并使加工任务合理化，用户化通过使用操作模板进一步增强，操作模板允许用户建立专门的操作如粗加工和精加工，这些操作通过频繁使用的参数和方法被标准化。 2． UG/Postprocessing (后处理) 使用户能够对在世界主要有效的NC机床方便地构造它们自己的后置处理器，UG/ Postprocessing 的能力横 过应用被证实，包括铣(2-5和更多轴)，车(2-4轴)和 线切割EDM。 3． UG/Lathe (车) 提供为高质量生产车削零件需要的所有能力，UG/Lathe为了自动的更新，在零件几何体与刀轨间是全相关的，它包括粗车，多刀路精车，车沟槽，车螺纹和中心钻等子程序，输出是可以直接被后处理产生机床可读的输出的一个源文件，用户控制的参数如进给速度，主轴转速和零件间隙，除非改变参数保持模态，设置可以通过生成刀轨和要求它的图形显示进行测试，及 在图形屏幕上的仿真的刀轨和生成到一刀位源文件 (CLSF)中的文本输出，刀轨可以存贮，拒绝和更改到正确的情况。 4． UG / Core & Cavity Milling (芯和型腔铣) Core Cavity Miling 模块在加工模具和冲模中是特别有用的，这些在汽车和消费产品工业中是共同的，它提供粗加单个或多个型腔和围绕任意形状对象有时称为模芯移去大量毛坯材料的所有能力，在其中最好的功能是能够在很复什的形状上生成轨迹和切削图样，容差型腔铣允许加工放松公差设计的形状，这些形状可以有间隙和重叠，可以被分析的型腔去表面数范围 可以上百个，当Core Cavity Milling检测到反常时，它可以可纠正它们或在用户规定的公差内加工型腔，这个模块提供对模芯和模腔实际上的加工过程全自动化。 5．UG/Fixed-Axis Milling(固定轴铣) 这个模块为产生3-轴运动刀轨提供完全和综合差工具 ，实际上建模的任一曲面或实体都可以被加工，它有很强的功能方法 加工选择的表面或零件的部分，它包括各种驱动方法和切削图样供选择，包括边界，径向切削，螺旋切削和用户定义，在边界驱动的方法中，多种切削图样是有效的，如同心和径向，此外，有特征对向上和向下切削控制方法和螺旋线啮入，未切削区或徒峭区可以方便地识别， UG/Fixed-Axis Milling将仿真刀轨并生成文本输出到一刀轨中，用户可以接受刀轨，存贮或拒绝它和按需要更改参数。 5． UG/Flow Cut(流通切削-半自动清根) UG/Flow Cut处理器提供独特的在半精加工或精加工操作中时间的节省，这个模块与UG/Fixed-Axis Milling一块工作，分析一个零件的表面(基于参数)和检测所有双-相切条件，如此的区域通常出现在一个型 腔的凹谷或拐角处，用户可以规定一个刀具，它的双- 相切定义驱动路径，处理器自动地生成一单一刀轨或个刀路，以移去在这些区域中的材料，当处理复杂的模芯或型腔时，这个模块大大地减少为精加工零件或在应用精加刀路前得到均匀余量所需的努力。 6． UG/Variable Axis Milling(可变轴铣) 这个模块支持在任Uuigraphics曲面上的固定和多轴铣功能，完全的3到5轴轮廓运动，刀具方位和曲面光洁度质量可以规定，利用曲面参数，投射刀轨到曲面上和用任一曲线或点，可以控制刀轨。 7． UG/Sequential Milling(顺序铣) 这个模块在用户要求刀轨创建的每一步上完全进行控制的加工情况是有效的。UG/Sequential Milling是完全相关的，它关注以前类似APT系统处理的市场，但是在一更高的生产效率方式中工作，它允许用户构造一段接一段的刀轨，而保留在每一个过程步上的总控制，一个称为循环的功能允许用户通过定义内和外轨迹，在曲面上生面多个刀路，UG/Sequential Milling生 成中间步。 8． UG/Wire EDM(线切割) 方便地在2-轴和4-轴方式中切削零件，UG/Wire EDM支持线框或实体的UG模型，在编辑和模型更新中，所有操作是全相关的，多种类型的线切割操作是有效的，如多刀路轮廓，线反向和区域移去，也支持允许粘结线停止的轨迹和使用各种线尺寸和功率设置，用户可以使用通用的后处理器，对一特定的后置开发一加工机床数据文件，UG/Wire EDM模块也支持许多流行的EDM软件包，包括AGIE Charmilles和许多其它的工具。 10．Nurbs(B-样条) 轨迹生成器 Nurbs(B-样条)轨迹生成器允许从UG NC处理器直接生成基于Nurbs的刀轨，从UG Solid模型直接生成的新刀轨,使产生的零件有较高的精度和极好的光洁义，用户将看到物理磁带文件尺寸大约减少为标准格式的 50—70%，加工时间由于消除控制器等待时间大大减少，Nurbs(B-样条)轨迹生成器对所有想得到提供强大控 制器特性的新的高速机床完全优点的所有用户都是必须的。 1.3.3 CAE模块1． UG/FEA UG/FEA是一个与UG/Scenario for FEA前处理和后处理功能紧密集成的有限元解算器，这些产品结合在一起为在Unigraphics环境内的建模与分析提供一个完整的解，UG/FEA 是基于世界领先的FEA程序---- MSC/NASTRAN----它不仅仅在过去的三十年为有限元的精度和可靠性建立了标准，而且也在今天的动态产品开发环境中继续证明它的精度和有效性，MSC/ NASTRAN通过恒定地发展结构分析的最新分析功能和算法的优点，保持领先的FEA程序 。 2. UG/Mechanism(机构) UG/Mechanism直接在Unignphics内方便地进行要拟的任一实际二维或三维机构系统的复杂的运动学分析和设计仿真，用最小距离，干涉检测和跟踪轨迹包络选项，可以执行各种打包 (Packaging)研究，一种独 特的交互运动学方式，允许同时控制最多五个运动付 ，用户可以分析反作用力，图示最终位移，速度和 加速度，反作用力可以输入到FEA中，一个综合的机 构运动元素库是有效的，几何体可以用于安放运动付和力，和定义凸轮的轮廓，UG/Meehanism使用嵌入的来自机构动力学公司(NDI)的ADAMS/Kinematics解算器，并对于更复杂的应用，可以为ADAMS/Solver, MDI的完全的动力学解算器，建立一个输入文件。

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