【讨论】UG的入门与提高

只看该作者 · 发表于 2005-4-14 11:14:54

UG逆向造型的一般方法和技巧

感谢论坛发贴网友：pangwenguo

--------------------------------------------------------------------------------

在产品的开发及制造过程中，几何造型技术已使用得相当广泛。但是，由于种种原因，仍有许多产品并非由CAD模型描述，设计和制造者面对的是实物样件。为了适应先进制造技术的发展，需要通过一定途径，将这些实物转化为CAD模型，使之能利用CAD、CAM等先进技术进行处理。目前，与这种从实物样件获取产品数学模型技术相关的技术，已发展成为CAD、CAM中的一个相对独立的范畴，称为“反求工程”（Reverse Engineering）。通过反求工程复现实物的CAD模型，使得那些以实物为制造基础的产品有可能在设计与制造的过程中，充分利用CAD、CAM等先进技术。由于反求工程的实施能在很短的时间内准确、可靠地复制实物样件，因此反求工程成为当前企业先进制造技术的热门话题之一。利用一些非专业的逆向设计软件（如：UG、Pro/ENGINEER、CATIA等）和一些专业的逆向设计软件（如：Surfacer、CopyCAD、Trace等）进行逆向造型是现阶段反求工程在企业应用的典型例子。
由于公司新产品开发需要，笔者利用UG软件进行零件的反求在外形复杂的汽车冲压件的逆向造型设计中取得较好应用效果。我们选择的测量设备是英国LK公司的三坐标测量机，可以用来测量特征的空间坐标、扫描剖面、测量分型线以及轮廓线。此设备获得点的数据量不像激光扫描仪扫描的那么大，所以用一些非专业的逆向设计软件是很合适的。 UG的逆向造型遵循：点→线→面→体的一般原则。
一、测点
测点之前规划好该怎么打点。由设计人员提出曲面打点的要求。一般原则是在曲率变化比较大的地方打点要密一些，平滑的地方则可以稀一些。由于一般的三坐标测量机取点的效率大大低于激光扫描仪，所以在零件测点时要做到有的放矢。值得注意的是除了扫描剖面、测分型线外，测轮廓线等特征线也是必要的，它会在构面的时候带来方便。
二、连线
(1)点整理连线之前先整理好点，包括去误点、明显缺陷点。同方向的剖面点放在同一层里，分型线点、孔位点单独放一层，轮廓线点也单独放一层，便于管理。通常这个工作在测点阶段完成，也可以在UG软件中完成。一般测量软件可以预先设定点的安放层，一边测点，一边整理。
(2)点连线连分型线点尽量做到误差最小并且光顺。因为在许多情况下分型线是产品的装配结合线。对汽车、摩托车中一般的零件来说，连线的误差一般控制在0.5mm以下。连线要做到有的放矢，根据样品的形状、特征大致确定构面方法，从而确定需要连哪些线条，不必连哪些线条。连线可用直线、圆弧、样条线（spline）。最常用的是样条线，选用“through point”方式。选点间隔尽量均匀，有圆角的地方先忽略，做成尖角，做完曲面后再倒圆角。
(3)曲线调整因测量有误差及样件表面不光滑等原因，连成spline的曲率半径变化往往存在突变，对以后的构面的光顺性有影响。因此曲线必须经过调整，使其光顺。调整中最常用的一种方法是Edit Spline,选Edit pole选项，利用鼠标拖动控制点。这里有许多选项，如限制控制点在某个平面内贫⑼掣龇较蛞贫⑹谴值骰故窍傅饕约按蚩允緎pline的“梳子”开关等。另外，调整spline经常还要用到移动spline的一个端点到另一个点，使构建曲面的曲线有交点。但必须注意的是，无论用什么命令调整曲线都会产生偏差，调整次数越多，累积误差越大。误差允许值视样件的具体要求决定。
三、构面
运用各种构面方法建立曲面，包括Though Curve Mesh、Though Curves、Rule、Swept、From point cloud 等。构面方法的选择要根据样件的具体特征情况而定。笔者最常用的是Though Curve Mesh，将调整好的曲线用此命令编织成曲面。Though curve mesh构面的优点是可以保证曲面边界曲率的连续性，因为Though curve mesh可以控制四周边界曲率（相切），因而构面的质量更高。而Though curves 只能保证两边曲率，在构面时误差也大。假如两曲面交线要倒圆角，因Though curve mesh 的边界就是两曲面的交线，显然这条线要比两个Though Curves曲面的交线光顺，这样Blend出来的圆角质量是不一样的。
初学逆向造型的时候，两个面之间往往有“折痕”，这主要是由这两个面不相切所致。解决这个问题可以通过调整参与构面（Though curve mesh）曲线的端点与另一个面中的对应曲线相切，再加上Though curve mesh 边界相切选项即可解决。只有曲线相切才能保证曲面相切。
另外，有时候做一个单张且比较平坦的曲面时，直接用点云构面（from point cloud）更方便。但是对那些曲率半径变化大的曲面则不适用，构造面时误差较大。有时面与面之间的空隙要桥接（Bridge），以保证曲面光滑过渡。
在构建曲面的过程中，有时还要再加连一些线条，用于构面。连线和构面经常要交替进行。曲面建成后，要检查曲面的误差，一般测量点到面的误差，对外观要求较高的曲面还要检查表面的光顺度。当一张曲面不光顺时，可求此曲面的一些Section，调整这些Section使其光顺，再利用这些Section重新构面，效果会好些，这是常用的一种方法。
构面还要注意简洁。面要尽量做得大，张数少，不要太碎，这样有利于后面增加一些圆角、斜度、增厚等特征，而且也有利于下一步编程加工，刀路的计算量会减少，NC文件也小。
四、构体
当外表面完成后，下一步就要构建实体模型。当模型比较简单且所做的外表面质量比较好时，用缝合增厚指令就可建立实体。但大多数情况却不能增厚，所以只能采用偏置（Offset）外表面。用Offset指令可同时选多个面或用窗口全选，这样会提高效率。对于那些无法偏置的曲面，要学会分析原因。一种可能是由于曲面本身曲率太大，偏置后会自相交，导致Offset失败（有些软件的算法与此算法不同，如犀牛王就可Offset那些会产生自相交的曲面），如小圆角；另一种可能是被偏置曲面的品质不好，局部有波纹，这种情况只能修改好曲面后再Offset；还有一些曲面看起来光顺性很好，但就是不能Offset，遇到这种情况可用Extract Geometry成B 曲面后，再Offset，基本会成功。偏置后的曲面有的需要裁剪，有的需要补面，用各种曲面编辑手段完成内表面的构建，然后缝合内外表面成一实体（solid）。最后再进行产品结构设计，如加强筋、安装孔等。

只看该作者 · 发表于 2005-4-14 11:16:26

UG讲座六：结合KF与UDF进行变结构、变参数快速设计

--------------------------------------------------------------------------------

在产品设计中，有许多系列零件，其结构不变，只是尺寸呈一定规律变化，对这类零件的设计，利用UGII、Pro/E、CATIA、Solid_Edge等通用软件的一般功能就能实现，用户在使用中可根据实际需要，用这些软件建立符合自己使用习惯的通用件库。设计时，调用库中零件，进行参数的编辑，就能实现这类零件的设计。这样就提高了设计的效率。
但进行实际的设计时，零件的变化在许多情况下不仅表现为参数的变化，而且表现为结构的变化，为了减少构建上文所述标准件或通用件的数量，可用设计中常用结构用标准特征除系统提供的标准特征(如Hole、Boss、Pad、Pocket等)或以其他方式构建的特征进行组合建立用户自定义特征（UDF，User Defined Feature）；在设计中设计者又会根据设计需要，对某些零件或结构的设计进行总结，把某特定零件的设计归纳为若干种形式，在不同情况下进行调用；而且，必要时，可对零件的结构形式以UDF的方式进行补充，以方便设计。在UG中UDF是相互独立的，如何把相互独立的UDF在不影响其独立使用的情况下针对某一特定零件的设计进行有效组织，以实现某一特定零件的高效变结构、参数化设计是本文的研讨内容。
UGII软件提供了诸多的二次开发工具，可对设计中的设计知识进行有效的表达，主要有基于C++语言的UF（User Function）、结构化编程语言（GRIP，Graphic Interface Process）、UDF等。这些方法中，前两者功能比较强大，但要求用户要能利用UG提供的有关功能进行编程，对设计人员的要求较高；UDF虽然构建方法简单，但功能比较单一，不能对用户所归纳出的产品设计知识进行全面系统的表述。UGII软件在V17版本开始，新增了知识融合（KF，Knowledge Fusion）功能，对知识的获取、重利用提供了更有力的支持。这里所介绍的方法是充分利用UG界面提供的功能，综合利用UDF、KF以及UG/Expression，实现变结构、参数化零件的快速设计。
本文假设图1为一种零件的四种常用的设计形式，并以此为例来介绍一种如何进行形如该例的零件的快速变形设计方法。
要进行这种在不同情况下使用不同结构的零件的变形快速设计，首先要构建用UG/UDF与KF构建零件的快速设计机制，其大致步骤如下：
1.先用UG的UDF在同一参照系中对这四种形式分别定义UDF，其具体步骤视造型方法的不同，而有所区别，大体为：（1）构造基体；（2）在基体上构造特征（可通过多种途径）；（3）在主菜单File的Export中选择User Define Feature…；（4）输入UDF名，从图形窗口抓取图形，进行将来需要编辑的参数的选择，确定并保存文件后就建立了UDF。
2.新建一个Part文件，打开UG/Application Modeling，构造零件的基型（底板），在基型上用已构建、针对该零件设计的UDF之一对零件进行设计。利用UG/KF的Adopt Existing Object…，选择要进行参数编辑的对象（用各种方法构建的UDF），使得UG/Knowledge Fusion Navigator由图2变成
3.进行规则的添加。如图4所示，在Knowledge Fusion Navigator中的“root”上单击鼠标右键，选择Add Child rule…，弹出如图5所示的对话框，设计规则名Type，其他选项如图5所示，确定后，Knowledge Fusion Navigator如图6所示。
4.修改使用Adopt Existing Object…所生成的规则(udf1)，如下列程序所示。
If Type：value：=0 then “udf1”
Else if Type：value：=1 then “udf2”
Else if Type：value：=2 then “udf3”
Else　“udf4”；
系统接受，即完成了KF与其他UDF(本文中指的是udf2、udf3、udf4)的链接。
实际上，上文所述的内容，在知识工程中叫做知识获取。那么，完成了知识的获取，又如何来利用这些知识呢？
下面我们再把如何利用UG_expression进行这类零件的快速设计进行简单描述。
上述文件保存后，可打开该文件进入UG_modeling后，再进入UG_expression，则其中列出包括“Type=0”在内的若干条表达式，若改成“Type=2”、“Type=3”或“Type=4”，则UG的图形界面会在基型上显示不同的UDF，并且UG_expression对话框中的参数列表也会发生相应的变化，这里不列出其对话框。
这样，用户在进行设计时，就不仅能快速地进行变结构设计，而且能进行变参数设计。避免了进行变结构、变参数设计时的大量繁琐的操作，使设计经验得以形式化，为设计经验的再利用奠定了基础，为基于知识的产品快速设计系统的形成提供了有效、快捷的知识获取手段。
以前我们做这类变结构零件的设计时，一般是把所涉及的构建该零件不同形式的所有特征都做进来，进行全部的抑制（Suppress），在设计该零件某一特定形式时，对抑制的特征进行有条件的选择，这样的设计模型，数据冗余量大，更新速度慢，不能满足快速设计的要求。利用本文的方法生成的Part文件并不包括零件的所有变形，只包含其中之一，占用计算机资源少；能快速生成所需零件，避免设计中繁琐重复的操作；可以设计同一种在不同情况下使用的零件，也可以设计不同需求的同一零件；可以重复使用，必要时可新建UDF，在规则中添加较少语句来调用，以适应使用范围更广的同一类型零件的设计。若在产品设计中使用本文提供的方法来构建产品模型中的零件，并且用有关语言（例如C++、intent!）针对产品进行设计知识的描述，对基于知识的产品快速设计将大有帮助。

只看该作者 · 发表于 2005-4-14 11:17:46

CAD技术的发展经历了以下几个阶段：20世纪70年代，利用CAD技术生成数字化图纸提高了绘制工程图纸的效率，但并没有真正起到辅助设计的作用。80年代，参数化建模技术利用基于特征的CAD技术建立全参数化驱动的三维模型，并以此为基础，对整体设计和部件进行有限元分析、运动分析、装配的干涉检查和NC自动编程等，以保证设计符合实际工程需要。但这时的CAD技术只是面向产品开发过程中的某一环节。90年代以来，基于过程的CAD技术使此处乱码删去一部分系统无法将领域设计原理和知识、同类设计以及专家经验等融入到几何模型中去，因此无法实现知识型资源的重用，设计者仍然需要进行大量的重复性设计工作。在产品设计初期，这种情况影响了设计者的创新性工作。
　　为了使设计者集中精力进行创新性工作，CAD系统应帮助设计者从重复性的工作中解脱出来，因此下一代的机械CAD系统应该利用计算机延伸以创造性思维为核心的人类专家的设计能力，尽可能地实现设计过程的自动化。这才是真正意义上的设计工具。人类专家进行设计的过程取决于专家对知识的掌握、处理和应用，没有知识就无法进行分析、判断和决策，因此设计自动化就是对知识的自动化处理。目前，KBE(Knowledge Based Engineering ，基于知识工程)技术是解决这一问题最有前途的方案。
　　KBE系统为解决传统CAD系统存在的问题提出了方案，如设计原理的体现、约束是否冲突、如何在设计阶段进行产品估价、设计制造是否可行以及设计的最终产品是否符合外观要求等，同时提供优化方案。KBE系统所要达到的目的是使产品信息在整个生命周期中都可得到应用，从而获得最优化方案。
　　二、KBE的概念
　　KBE是通过知识的驱动和繁衍对工程问题和任务提供最佳解决方案的计算机集成处理技术。由于KBE技术的开放性，到目前为止，尚未有一种公认的完整定义。英国Coventry大学的KBE中心认为KBE系统是一种存储并处理与产品模型有关的知识，并基于产品模型的计算机系统；美国Washington大学认为KBE是一种设计方法学，将与下一代CAD技术紧密结合。它使用启发式的设计规则，将涵盖构件、装配和系统的开发。KBE系统存储产品模型包含几何、非几何信息以及描述产品如何设计、分析和制造的工程准则。
综上所述，KBE的内涵可以概括为：KBE是领域专家知识的继承、集成、创新和管理，是CAx技术与AI技术的集成。KBE系统框架如图1所示。
　　要使KBE系统成为工程过程的中心，必须使之适用于产品各个阶段的相关设计原则。要想从设计分析到制造都有效地利用KBE系统，就要求KBE系统具有柔性、开放性、可重用性并可用户化。KBE系统是深层内嵌于CAx系统之中的，而不是简单地添加到一个已存在的系统中，因此，KBE系统应具有下面的基本功能。
　　(1) 知识的利用——方便地访问知识数据库
知识数据库以多种形式存在，可以是持续性存在的数据库或电子表格。KBE系统能够方便地访问这些知识数据库，因此，KBE系统的开放性非常重要。
　　(2) 知识的表示——创建和应用知识规则
知识规则是知识的一种表示法。知识表示就是描述世界的一组约定，是知识的符号化，这种方法方便地把人类知识表示成计算机能接收并处理的知识结构。知识表示法既要考虑知识的存储，又要考虑知识的使用。知识表示分为规则、谓词逻辑和框架等。规则是指一种行为的文本描述，这种行为对应于一定的输入，可以引用各种形式的知识库，并按照对应的逻辑条件产生一定的结果，如特征造型、参数计算、指定种类的选择或是违反约束时产生警告等。
　　知识规则在工程生命周期内的任何时候都可建立。规则的形式具有柔性，可适用于多种学科。因此，规则可在产品生命周期的各阶段使用。
　　知识规则与其相关的对象一直保持相关性。例如，当应用知识规则建立一个几何体后，在其存在过程中，规则与几何体一直保持相关性。设计者可以利用这个规则编辑这个几何体，也可再生成一个新的几何体。如果没有这种相关性，再次使用这个规则就只能重新生成另一个几何体，而第一个几何体的信息与这个规则完全无关，这样整个生命周期就成为了一个严格串行的过程，不可能实现并行工程。
　　(3) 知识的获取——具有知识的繁衍机制
KBE系统具有“自我生成”的知识繁衍机制。这是它与传统的专家系统主要的不同之处。传统的专家系统是依靠知识工程师手工获取专家知识，效率较低。主要原因是专业领域内的专家对系统缺乏了解，不知如何提供全面的知识；而系统工程师对专家知识领域了解也不深，不能有效地深入到问题的实质，这种情况造成专家系统的应用价值不高。KBE系统提供了繁衍知识的手段，拓宽了获取知识的途径，允许用户利用KBE提供的工具添加自己的独特知识，从而对系统进行扩展。
　　KBE系统将重复的设计和工程任务自动化，缩短了产品开发时间，将设计、分析、制造集成起来实现并行工作。使用KBE建立模型可以将几何造型与分析等结合起来，实现多学科优化，并确切地进行可行性评估，应用标准和实践经验来提高产品的质量，对设计实践、过程经验等知识信息进行数字化获取和重用，从而提高自动化过程的效率。
　　三、UG的知识驱动自动化
　　UG作为一个CAD/CAM/CAE的集成软件，致力于从概念设计到功能分析、工程图纸生成、数控代码生成及加工的整个产品开发过程。UG提供了知识驱动自动化（Knowledge Driven Automation）解决方案，将KBE 系统与CAx软件系统完全集成。KDA是一个能够记录、重复使用工程知识并用来驱动、建立、选择和装配相应的几何模型的系统。这套解决方案包括UG/KF(Knowledge Fusion，知识融合)和一系列过程向导。
　　过去的KBE系统往往是单独使用的，不能内嵌到已存在的工程系统中，不能与已存在的应用程序相关。UG/KF解决了这个问题。由于UG/KF是完全内嵌的，用户不需要了解什么是KBE、什么是UG/KF，只要使用他们熟悉的应用程序就可实现对各种知识的重用。因此，UG/KF是面向大多数工程师的。这意味着工程人员和设计人员可以致力于产品开发，而不用在KBE系统和产品开发系统之间转换数据。
UG/KF语言是一种面向对象的语言，它建立在Intent语言基础之上。Intent语言是一种业界公认的完全基于规则的知识编程语言，主要用类来描述，其应用程序无需编译即可执行。用户可使用一般的文本编辑器来浏览和修改KBE程序，从而实现了程序的开放性，使工程知识随时得到更新、补充和维护。
　　UG的KDA方案用“规则”(Rule)来表示产品的不同几何参数和工程属性之间的相互关系。用户使用KF语言建立自己的规则，利用规则方便地添加知识。由于这种语言是声明型的，而不是过程型的，因此规则不存在先后顺序。UG/KF系统自动根据规则之间的关系来判断执行顺序。利用这些规则来计算工程参数对产品几何参数的影响，从而驱动最终的几何模型。另外，这种语言可以访问外部知识源，如数据库或电子表格，并提供了与分析和优化模块等其他应用程序模块的接口。同时，UG提供了丰富的KF类。KF类是指能实现某个任务的KF规则的集合。用户也可以用KF语言来创建自己的类。
　　UG提供了一个可视化的工具——KF导航器（Knowledge Fusion Navigator）。用户可利用导航器创建、获取和重用知识规则，从而驱动几何体的生成。用户可通过可视化的界面直接添加子规则（建立类的实例）、编辑子规则（编辑实例中的参数）、添加属性（为实例添加用户定义属性）和引用其他属性等。
用户自己创建的规则一定是可重用的，这是KBE系统的基本要求。KF技术将规则与UG对象连接起来，并且一直保持这种相关性，用户利用规则来控制UG对象。这样，在创建对象时就实现了其相关规则的重用。
　　UG中采用创成（Generative）和吸纳机制（Adoption）将知识与CAx系统融合。特别是吸纳机制解决了从现有的成熟产品与实践中总结和反求知识的问题。使用Adoption可以为一个已存在的UG对象建立规则，使这个UG对象与规则相关。因为用KF语言建立复杂造型过于繁琐，所以可以用交互方式进行几何建模。对象建立后，使用Adoption，系统自动生成相应的规则，这个对象的参数定义为规则的属性。规则通过属性来控制对象。因此，通过利用Adoption ，UG/KF可将CAD系统高效建模的优点与KBE集成为一体。用户可更为快速、方便地建立与应用规则。

只看该作者 · 发表于 2005-4-14 11:19:12

UG软件具有多种倒圆方式可供用户根据实际使用情况选择使用，其中Face Blend是使用比较频繁的功能，在该功能中具有多种选项，用户可利用它完成面与面之间，面组与面组之间的等半径、变半径等等各种倒圆。其Blend Type （倒圆类型）具有四种选项：Sphere, Conic, Disc, Isoparameter。我们知道Sphere倒圆类型的算法是模拟一个球在面与面之间滚动的轨迹形成的面，如下图，要在面A与面B之间倒R10的圆，其算法是分别将面A、B偏置，生成面A1、B1, 面A1与面B1相交生成交线C, 以交线C为中心线生成R10的管道面D，就是我们所需要的倒圆面。
以上倒圆算法是我们通常所使用的倒圆方法，但是，使用这一方法生成的倒圆面在两端的边界线不是圆弧，而是椭圆。如果我们需要生成的倒圆面在两端的边界线是圆弧时（这一需求在很多汽车内饰件上会体现），就可采用Disc倒圆类型实现，这一倒圆类型的算法如下图：面A是第一组面，面B是第二组面，线S是Spine线，其算法是过Spine线上任一点（例如线S的中点）的法平面P与面A、B具有交线A1、B1，在交线A1、B1之间进行倒圆生成圆弧C，过Spine线上的任一点都可得到一条圆弧，过所有这些圆弧生成的面，就是我们所需要的倒圆面。
总之，UG软件具有丰富的倒圆功能，只要充分了解了这些功能的特点及其算法后，就能完成各种复杂的倒圆，把UG软件更好用于生产中。

只看该作者 · 发表于 2005-4-14 11:19:46

利用在草图中的参考几何体去帮助约束复杂形状。你可以建立和约束参考曲线去定位圆和孤中心，决定复合角或为你的草图几何体开发有用的构造几何体。当选择草图时参考几何体不被选择，如在拉伸时。
例∶为了建立一六角形草图，你可以利用一参考圆(一个转换到参考几何体的圆) 去约束六角形顶点并对六角形边利用等长约束 (这将自动地定义相等正确的角度形状) 。约束一条边为水平 (不让六角形旋转) ，为决定六角形尺寸加圆直径。通过利用参考圆你能够控制六角形顶点、某些用标准角度尺寸不易做的。
利用参考圆约束正六角形

只看该作者 · 发表于 2005-4-14 11:21:04

我不知道这些是否有用但可以借鉴一下我也很喜欢UG

只看该作者 · 发表于 2005-4-14 15:52:02

ygerb先生or女士
因条件的关系，刚连上网，不可能短时间得高分。
对UG的热爱却一如既往，能有提高的机会怎能轻易放过。
望赐教！

只看该作者 · 发表于 2005-5-2 16:00:03

入门容易提高难，要是没有亲自去开两个模具，做两个产品，光有纸上谈兵，有什么用？

只看该作者 · 发表于 2005-5-2 19:16:16

我刚学ug，清高手多指教

只看该作者 · 发表于 2005-5-3 00:17:08

一本好的教材，非常重要。不知哪一本（几本）效果好一点。