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1产品相关参数化设计技术培训讲义（一）编著：上海工程技术大学龚勉审校：UGS洪如瑾上海市职业培训指导中心2004年8月2产品相关参数化设计技术培训讲义（一）主题：机械产品/模具设计师（中级）机械产品/模具设计技术单元1—2本单元培训目的：掌握产品相关参数化设计技术，建立全息的产品模板。注:UG/WAVE培训讲义:讲义量《WAVE基础－相关部件建模》:49页/《自顶向下产品建模》:42页/《系统工程设计方法》:34页总计125页。3一、UG/WAVE基础知识1.WAVE概述1.1什么是WAVE?WAVE(What-ifAlternativeValueEngineering)是美国UGS公司在其核心产品Unigraphics(简称UG)上进行的一项软件开发，是一种实现产品装配的各组件间关联建模的技术。于1997年在UG/V13.0正式推出，到V14进入实用阶段。目前，UG在2003年推出NX2版本，WAVE技术已发展到更为成熟和实用阶段。1.2技术背景回顾CAD技术的发展历史，如果说上一次CAD业界重大变革是八十年代的参数化建模，那么WAVE就是当前CAD技术最新的、最具戏剧性的重大突破。WAVE通过一种革命性的新方法来优化产品设计并可定义、控制和评估产品模板。参数化建模技术是针对零件一级的，而UG/WAVE是针对装配级的一种技术，是参数化建模技术与系统工程的有机结合，提供了实际工程产品设计中所需要的自顶向下的设计环境。目前，在欧美和日本等先进国家已经广泛采用CAD/CAM一体化设计，并将传统车身设计的周期从过去的5~8年整整缩短一半，取得了极大的经济和社会效益。然而，随着汽车工业的快速发展和人们生活水平的极大提高，用户对汽车的要求也越来越高，从追求性能优越、耐久可靠到乘坐舒适和驾驶安全，目前已发展到追求个性化的车身外形，这无疑是对汽车大批量生产方式的挑战，同时也对汽车车身设计的技术和方法提出了更高的要求。美国通用汽车公司在五年前就对产品开发提出了新的目标——将原来开发一个车型所需的42个月缩减到18个月，目标是缩到12个月，每年推出多种变型车型；显然，利用目前的零部件级CAD技术方法是无法做到。为了提高企业的产品更新开发能力，缩短产品的开发周期，UGS适时地推出了带有革命性地全新的产品参数化设计技术WAVE，它是真正的自顶向下的全相关的产品级设计系统，是参数化造型设计与系统工程的有机结合。1.3技术原理WAVE技术起源于车身设计，采用关联性复制几何体方法来控制总体装配结构(在不同的组件之间关联性复制几何体)，从而保证整个装配和零部件的参数关联性，最适合于复杂产品的几何界面相关性、产品系列化和变型产品的快速设计。WAVE是在概念设计和最终产品或模具之间建立一种相关联的设计方法，能对复杂产品(如汽车车身)的总装配设计、相关零部件和模具设计进行有效的控制。总体设计可以严格控制分总成和零部件的关键尺寸与形状，而无需考虑细节设计；而分总成和零部件的细节设计4对总体设计没有影响，并无权改变总体设计的关键尺寸。因此，当总体设计的关键尺寸修改后，分总成和零部件的设计自动更新，从而避免了零部件的重复设计的浪费，使得后续零部件的细节设计得到到有效的管理和再利用，大大缩短了产品的开发周期，提高了企业的市场竞争能力。1.4技术方法首先根据产品的总布置要求和造型定义该产品的总体参数（又称全局参数）；其次定义产品各大总成和零部件间的控制结构关系(类似于装配结构关系)，这种控制结构关系使得产品设计的规则和标准具体化；第三步再建立产品零部件(子系统、子体)间的相关性。从而，我们就可以通过少数的总体或全局参数来定义、控制和更改产品设计，以适应快速的市场变化要求。例如，对轿车来说，车门数、轴距、车身长是全局参数，如果这些总体参数的其中一个发生了改变，无疑都要引起该产品的从上向下的整个变动。这种更改和对新方案的评估，在采用传统的设计方案时，需要消耗大量的人力、物力和时间。采用UG/WAVE技术，当某个总体参数改变后，产品会按照原来设定的控制结构、几何关联性和设计准则，自动地更新产品系统中每一个需要改变的零部件，并确保产品的设计意图和整体性。WAVE技术是把概念设计与详细设计的变化自始自终地贯穿到整个产品的设计过程中。实际上WAVE的技术原理同样也适用于工程分析、模具设计和制造中。可以说，WAVE是对CAD领域的一场全新的革命。1.5UGWAVE的优点1.产品设计更加方便快捷；2.数据的关联性使装配位置和精度得到严格的技术保证(甚至可以不建立配对约束)；3.易于实现模型总体装配的快速自动更新，当产品控制几何体（装配级）修改后，相关组件的细节设计自动更新，并为缩短设计周期创造了条件。4.是概念设计与结构设计的桥梁，概念设计初步完成，细节设计便可同时展开，使并行工程优势得以最大程度的发挥。5.易于实现产品的系列化和变型产品的快速设计；6.极大地减少了设计人员重复设计的浪费,大大提高了了企业的市场竞争能力；7.产品设计管理极为方便高效；1.6WAVE的主要功能1.相关的部件间建模（Inter-partModeling）：是WAVE的最基本用法；2.自顶向下设计(Top-DownDesign)：用总体概念设计控制细节的结构设计；3.系统工程（SystemEngineering）：采用控制结构方法实现系统建模；51.7应用范围WAVE方法可以应用于以下几个方面：1．定义装配结构和零部件细节设计；2．制造计划；3．对概念设计进行评估；1.7.1.定义装配结构和零部件细节设计定义装配结构：在装配导航器中，使用MB3弹出菜单中的CreateNewLevel（图1-1）可以建立装配结构，该方法与自顶向下（TopDown）装配方法相似，两者都可以在执行一个命令中完成建立组件和相关复制几何体到新组件，在建立空组件时（不复制几何体）两者相同。区别在于自顶向下（TopDown）装配时复制的几何体没有关联性，而且只能对SolidBody、SheetBody整体复制，不能复制实体、片体上的面、边等。而WAVE方法采用关联性复制几何体的方法，复制几何体的类型更多，可以包括点（线或边的控制点），线（实体或片体的边），面，体，基准等，在组件中的几何体没有参数，不能编辑。建立新的一级图1-1建立新组件命令细节设计：在一个装配结构中，使用WAVE几何连接器或CopyGeometrytoComponent（图1-2）可以实现组件之间几何体（点，线，面，体，边界，基准等）的关联性复制，一般来讲，关联性复制几何体可以在任意两个组件之间进行，可以是同级组件，也可以在上下组件之间。关联性复制几何体到组件图1-2在组件之间关联性复制几何体命令图1-3是采用WAVE方法建立化油器垫片的例子。61、关联性复制的表面2、拉伸成垫片零件图1-3建立化油器垫片在上面的例子中，建立化油器垫片的方法是：首先将化油器壳体上表面关联性复制到垫片组件，再拉伸即可生成垫片零件。因此，使用WAVE方法使得建模更加方便快捷，另外，当化油器壳体的尺寸、相应表面孔的大小位置改变时，垫片会自动更新，从而保证了两个零件参数的全相关。1.7.2制造计划WAVE可以通过关联性连接方法应用于制造加工过程，模拟一系列“在加工过程中”不同工序的零件模型。如图1-4所示为一个零件的两个加工工序，首先将毛坯通过WAVE连接生成第一个工序，该工序有两个加工步骤，一是加工底平面，二是加工四个孔；然后再通过WAVE连接方法生成第二个工序，将工序1模型连接到工序2，该工序也包括两个加工步骤，一是车外圆，二是加工一个通孔。毛坯加工底面钻孔车外圆加工通孔毛坯工序1工序2图1-4制造计划由于零件的相关性，当毛坯编辑修改后，相应工序1、2的模型会自动更新。71.7.3对概念设计进行评估利用WAVE的系统工程方法，通过建立产品控制结构，实现复杂产品的概念设计评估，可以有效地简化设计和缩短产品整体设计的时间，是WAVE技术的另一重要应用。以轿车设计为例，在概念设计阶段，首先确定轿车的各种基本性能和要求，再由美工人员绘制车身造型效果图，经过评估，确定造型方案。然后，制作油泥模型，不断地修改调整外形曲面。由于油泥模型制作和曲面光顺调整需要相当长时间，此时结构设计无法进行，只能等待，使得车身设计的周期难以缩短。采用WAVE方法，在车身造型基本定型，没有大变动条件下，结构设计可以与油泥模型制作同步进行，在车身曲面需要进行局部调整时，所有细节设计可以实现相关自动更新，大大缩短了结构设计的等待设计，避免了重复设计的浪费。2.WAVE的基本使用2.1设置环境变量使用WAVE模块首先需修改两个文件ug_english.def和ug_metric.def，这两个文件位于UG安装目录UGII子目录下，该文件可以用记事本（Notepad）打开。需要将缺省的变量如下：如图1-5所示。Assemblies_AllowInterPart：no改为“yes”；Assemblies_AllowPromotions：no改为“yes”；图1-5设置环境变量2.2激活装配导航器的WAVE模式在装配导航器中，按MB3可以使用独特的WAVE命令，但首先必须激活WAVE模式，激活WAVE方法有二，如图1-6和图1-7所示；8将光标放在该处，按MB3图1-6激活WAVE模式－方法1图1-7激活WAVE模式－方法22.3WAVE相关命令一览在下拉式菜单中使用WAVE命令：在Assemblies下拉式菜单中，提供了查询、控制和管理组件连接关系的工具，其中WAVE几何连接器和WAVE属性连接器必须进入装配模块（选择Application→Assemblies）；关联性管理器几何体导航器部件连接浏览器部件导航器当前装配WAVE(连接)图表当前作业WAVE(连接)图表显示保存的图表装入相关部件数据WAVE几何连接器WAVE属性连接器延迟相关部件更新更新作业图1-8在下拉式菜单中使用WAVE命令9在装配导航器中使用WAVE命令在装配导航器中可以使用建立组件关联性操作的命令，或使用WAVE几何连接器。建立新的一级复制几何体到组件复制几何体到部件复制几何体到新的部件建立连接部件在作业中冻结永久冻结解决更新状态单独显示该组件（隐藏其他所有的组件）图1-9在装配导航器中使用WAVE命令说明：使用WAVE模块需要购买WAVE的License，没有WAVE/License的用户可以使用WAVE几何连接器（该工具包含在装配模块中），但是，所有WAVE子菜单功能将不能使用，主要包括了装配中查询、控制和管理组件连接关系的工具。练习本练习以汽车总布置设计为例，演示WAVE的总体装配控制组件参数的强大功能。有关细节设计方法将在后续课程中作进一步详细的讨论。本练习已经完成装配及相关部件建模，同时，组件之间有许多相关联连接几何对象，通过编辑汽车装配总体参数，从而控制相关零部件的自动更新，通过演示观察并了解组件之间的关联性，了解WAVE方法如何控制整个装配。第1步选择File→LoadOptions并确认下列选项设置：LoadMathod：FromDirectoryLoadComponents：AllComponentsUsePartialLoading：OFF第2步打开汽车装配；从auto文件目录中打开wav_pa_vehicle_assm，结果如图1-10所示；10图1-10打开wav_pa_vehicle_assm装配该装配正用于设计评审，其中包含足够的几何体，作为概念设计，某些细节还需要进一步修改调整。作为结构设计，用于WAVE技术的应用，此时便可以全面展开，从而避免了这一阶段结构设计的等待时间，为缩短产品设计周期创造了有利条件。点击图标，打开装配导航器；激活WAVE模式；将光标放在装配导航器第二行（DescriptivePartName），按MB3→WAVE，如图1-11所示；展开所有组件；将光标放在装配导航器第二行（DescriptivePartName），按MB3→ExpandAll，如图1-11所示；图1-11展开所有