计算机辅助设计UG 参数化设计摘要：计算机辅助设计投人少，周期短，且针对性强，专业突出，适合不同行业的要求，参数化设计亦称尺寸驱动,就是将设计要求、设计原则、设计方法和设计结果用灵活可变的参数来表示，以便在人机交互过程中根据实际情况随时加以更改。关键字：UG，参数化设计，CAD 建模，产品设计。 参数化设计(Parametric Design)亦称尺寸驱动(Dimension-Driving),就是将设计要求、设计原则、设计方法和设计结果用灵活可变的参数来表示，以便在人机交互过程中根据实际情况随时加以更改。投人少，周期短，且针对性强，专业突出，适合不同行业的要求。目前参数化设计技术大致可以分为三种方式:基于几何约束的数学方法、基干几何原理的人工智能方法和基于特征造型的建模方等其中，数学方法又分为初等方法和代数方法。初等方法利用预先设定的算法，求解一些特定的几何约束，这种方法简单，易于实现;代数法是将几何约束转化为代数方程，形成一个非线性方程组，但该方程组求解困难，因此实际应用受到了限制;人工智能方法是利用专用系统对图形中的几何关系和约束进行理解，运用几何原理推导出新的约束，这种方法的速度较慢，交互性不好;特征造型方法是三维实体造型方法的新发展，是 CAD 建模方法的一个新里程碑，它是在 CAD/CAM 技术的应用和发展达到一定水平后要求进一步提高生产组织集成化和自动化程度的产物。特征造型着眼于更好地表达产品完整的功能和生产管理信息，为建立产品的集成信息模型服务。UG 软件提供的强人的绘图功能和良好的开发性，实现了零部件的参数化设计。特征分析特征是指可以用参数驱动的实体模型，是产品模型的基本单元。模型特征就是指图形的拓朴关系、几何参数，以及这些几何参数与图形结构参数之间的关系。对于一个零件，首先分析图形的拓扑关系及变化规律，提炼出图形的结构参数，然后建立图形结构参数和几何参数之间的关系，构建图形的参数化模型。改变与特征相关的形状和位置的定义，可以改变与模型相关的形位关系。对于某个特征既可以将其与某个已有的零件相联系，也可以把它从某个已有的零件中删除，还可以与其它多个特征共同组合创建新的实体。各个特征的几何形状与尺寸大小用变量的方式来表示，这个变量参数不仅可以是常数，而且可以是某种代数式。如果定义某个特征变量参数发生了改变，则零件的这个特征的几何形状或尺寸大小将随这个参数的改变而改变。系统将会随之重新生成该特征及其相关的各个特征，而不需要重新绘制。基于特征的三维参数化设计参数化设计模型是以约束来表达产品模型的形状特征，以一组参数来控制设计结果，从而能通过变换一组参数值，方便地创建一系列形状相似的零件。参数化设计的基本手段有程序驱动与尺寸驱动。程序驱动法是通过分析图形几何模型的特点，确定模型的主参数以及各尺寸间的数尽管稳定功能有复杂的要求，模块结构是透明、简单的。稳定功能要求的实现受到分析方法的支持，这种分析方法认为是非线性的最小模块。在可变车辆参数影响下的强度问题，可认为是线性稳态分析，稳定性和强度问题的基本要求是安全并且有效。3 方法讨论通过对功能模块和功能要求明确定义，以及对它们之间的关系精确描述，加深了开发工程师对开发任务的理解。采用这种方法，开发出了最终需要的功能，满足了用户对车辆的功能要求。降低工程的复杂程度在工程的整个开发过程中具有很大的效果。对功能要求和功能矩阵的准确描述完成的技术文件，很容易将结果传递给他人，也是他人更容易理解开发者的意图，这对下一步的改进和与其他功能的集成变得更加容易。这种方法使用的参最优解决问题数很少，达到了我们最初的目标。但是，这种方法不能取代开发工程师对寻找方法的创造性，加深对问题的了解，至少可以方便工程师对程的优化设计。从另一方面来说，与路面试验过程中出现效果的巨大变化相比，细化这样一个概念模型受到的限制是很明显的，所以模型化的工作量变的不可接受。由于工作空间和时间的限制，到后期，试验车是唯一的开发工具。然而，为了维持功能要求、模块和它们之间的功能关系的完整性，应该继续使用功能要求矩阵。由经验知道，在工程的开发过程中，会出现一些如加入一些新的功能约束的特殊情况，通常，为了显示在这种特定条件下的某些影响，对每一种情况设计一些检测逻辑。由于传感器信号的限制，这种情况很难识别，也很难将这种情况同其他情况区分开来。从功能要求矩阵的观点来看，这会到致新设计的模块对其它的功能要求有负面作用。因此，功能要求矩阵对发现这种未知联系是合适的工具。车辆各功能开发的反复过程，它已作为主动转向的一部分应用到车辆的稳定功能开发，这种开发方法可推广应用到其他任何工程的开发过程中。上述的说明从多个方面揭示了稳定功能操作原则，该开发过程的四个部分构成了一个重复的环。首先，简单概念模型的简洁陈述;其次，满足要求功能的定义;再次，将功能分解成模块;然后，功能要求矩阵用来描述功能要求和功能模块之间的关系。这种方法能够提高工作的透明度，并能避免不必要的麻烦。将这种关系输入程序中，进而在零件设计时只需输人几个参数即可生成所要求的模型。尺寸驱动是对程序驱动的扩展，它的基本思想是由应用程序生成所涉及的基图，该图的尺寸有一系列的标识，这些尺寸由用户在编程时输入或交互式输人，从而生成用户的模型。参数化设计开始于零件模型的建立，零部件三维模型的构建是实现虚拟设计和虚拟制造的基础。参数化设计主要体现在两个方面:用程序实现参数化设计，即利用参数化绘图程序生成图形;利用 CAI)系统提供的参数化功能实现模型的设计变量驱动，即在模型构建过程中用变量来控制模型的几何尺寸和约束关系。前者是完全的程序驱动，一个专用程序可以生成系列形状相似的模型。这种方法不足之处是编程量大，程序设计效率低，灵活性和扩充性差。后者主要是利用 CAD 系统的全参数化功能，无需用户编程，利用设计变量来控制模型的形状和大小，即用户通过直接控制变量的数值实现三维模型的参数化设计。设计者从产品要求和零件的功能入手，对产品的每个零件建立圣佳模型。零件和装配可以统称为模型，所以本文此处所述的三维实体造型包括三维零件造型和装配造型两个部分。在产品设计过程中，零件不单单是孤立的几何元素。从设计到制图、数控加工、分析和装配都存在着相关性。相关性设计为我们提供了非常方便的修改产品的方法，减少了重复性的工作，保持了信息的一致性，是支持并行设计的基础技术之一。运用现代的 CAD 技术，对产品进行参数化建模，可以用参数建立起零件内各个特征之间的相关关系和不同部件中几何体的相关关系。通过对部件的关键参数进行调整，达到优化性能的目的。同时，通过设计时设定的关联参数，实现相关部件的关联改变，可以有效地减少设计改变的时间及成本，并维护设计的完整性。产品设计包括零件设计和装配设计。在进行产品设计时，可以先设计组成产品的每一个零件，然后再进行装配设计，这是一种自底向上(Bottom-Up)的设计方法；二是用自顶向下(Top-Down)方法，即从装配到零件的设计，先建立装配结构，逐步添加零件或设计几何，产生子装配或部件；三是上下文设计(Context-Text)，利用装配结构中其他部件的信息设计零件几何。在产品设计中，经常会综合运用上述方法。设计一个新产品，可以先用自顶向下的方法构造出产品的基本结构，根据装配关系把产品分解成若干零部件，确定这些零部件之间的几何和位置的约束关系，根据这些约束条件再对零部件进行概念设计和详细设计。一个零部件中不仅保存着自身特征和属性信息，也保存着与其他零部件之间的联系信息，当自身发生改变时，可以自动传递到其他相关零部件，使相关零部件发生更新；相应地，其他相关零件的变化亦能驱动自身作出变化，从而保持了整个产品的一致性和完整性。引用文献：1：UG CAD 工程应用基础/Unigraphics 应用指导系列丛书清华大学出版社 沈洪才编2：UG 渲染与实例应用指导系列丛书清华大学出版社 李开林编3：UG 相关参数化设计培训教程清华大学出版社 张琴编摘要：介绍了用 UG-drafting 生成的二维图形转换成 DXF 文件格式 的一种可* 方法，解决了复 杂装配的二维图形用 UGTODXF 直接转换因参数设置不当而引的 消隐和视图丢失等问题， 实现 了 UG 二维图形与二维 CAD 软件的无缝转换。 关键词：UG；DXF；数据转换；二维图形 前言美国 UGS 公司开发的 Unigaphics（UG）软件是一个集 CAD/CAM/CAE 于一体的大 型 CAD 软件。其三维复合造型、特征建模、装配建模、装配间隙与干涉检查、 机构运动分析和结构有限元分析功能强大，加上其在技术上处于领先地位的 CAM，使产品设计、分析和加工一次完成，实现了 CAD/CAM/CAE 的有机集成。目 前 UG 软件已成为倍受用户亲睐的 CAD 软件，如果加工设备先 进，完全可实现 无图化生产。 但就中国用户来说，由于制造设备目前还没有完全现代化，真正 CAD/CAM 一体 化的制造企业不多，因此，在产品生产过程中仍然需要零部件的二维设计图纸。 但任何一种 CAD 软件都不是十全十美的，UG 的 drafting 模块在汉字输入、符 号标注和明细表编制方面从方便性来说还有不尽人意的地方。使用 14 版本的 UG，虽有汉字输入模块，但与 Windows 兼容性不理想 ，对于文字处理没有其它 二维 CAD 软件（如 AUTOCAD）方便，对于复杂的装配图形需 要用较多的时间作 文字处理工作。作为一个 CAD 应用单位，总是充分利用每种 CAD 软件的长处，特别是在 UG 套数较少的情况下，为充分发挥 UG 的建模、分析和加工的长处， 常将二维图形 的文字处理转到 AUTOCAD 上进行。因此，用户经常要用到 UG 与 AUTOCAD 转换功能。为保证数据共享， UG-Translator 提供了多种软件接口技 术。其中 UGTODXF 是 UG 与 AUTOCAD 的直接转换接口。1 问题的提出 UG 是一个大型的 CAD/CAM/CAE 软件，它的数据集成度高。其三维模型、装配和 二维图纸信息都集中在一个 part 文件中，而其它 CAD 软件（如 SolidWorks,Solidedge 等）都是将模型、装配和二维图形信息分别存放在不同 的文件中。因此，在用 UG-Translator 的 UGTODXF 进行数据转换时，必须区分 part 文件中的各类信息，进行数据取舍。如果要将 UG-Drafting 中的图形 转 换到 AUTOCAD 中进行文字处理，主要是对其二维信息进行转换。其转换的内容 主要是视图（包括投影视图、局部放大图、剖视图和向视图等）尺寸、形位公 差和字符等有关信息。因此，在用 UG-Translator 的 UGTODXF 进行数据格式转 换时，必须对控制转换项目的有关参数进行设置。然而，对于复杂的装配图形， 要得到与原图形完全一致的 DXF 文件，实现起来比较复杂。常常因为参数设置 不当而生成多余的线条，有时甚至出现视图和剖面线丢失等问题。 2 转换方法 在用 UGTODXF 转换复杂的装配图形时，为避免因有关参数设置不当而 引起多余 线条和视图丢 失等问题，在转换过程中，采用 CGM 数据格式过度。CGM (Computer Graphics mefafile) 是 ANSI 的一个二维图形标准格式。CGM 转换 完全根据当前图形窗口中的显示轮廓和图形生成 CGM 文件，该文件可以在不同 的操作系统下移植。UG 使用二进制编码 输出 CGM。 生成了 CGM 文件后，再创建一个新文件，将先前生成的 CGM 文件引入 （Import）。然后再用 UG TODXF 输出成 DXF 文件格式。这样生成的 DXF 文件 在 AUTOCAD 中打开完全与 UG-Drafting 图形 一致，不存在产生多余线条和视图 丢失等问题。在 UG 中生成 DXF 文件的过程分两步：第 一步 是交互指定参数阶 段，第二步是转换阶段。 转换以后，AU