1.2 UG NX与CAD技术的发展历程

在当今高效益、高效率、高技术竞争的时代，要适应瞬息万变的市场要求，提高产品质量，缩短生产周期，最大限度地提供满足客户需求的产品和服务，就必须采用先进的设计和制造技术。产品设计技术的发展是机械制造业发展的主要因素，UG NX的发展历程与CAD技术的发展存在密切的联系。

1.2.1 UG NX的发展历程

20世纪60年代，美国麦道飞机公司为了解决自动编程的问题，成立了专门的数控小组，研究成果逐步发展成为CAD/CAM一体化的UG软件，在20世纪90年代被EDS公司收购，为通用汽车公司服务，2007年5月正式被西门子收购。因此，UG有着美国航空和汽车两大产业的背景。自UG 19版以后，此产品更名为UG NX。UG NX是SIEMENS新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。

2002年发布UG NX 1，开始将I-deas与UG进行融合，之后每年推出一个新版本。2005年发布UG NX 4，UG NX 4以UG在数字化模拟和工程领域的领导地位为基础，并特别针对产品式样、设计、模拟和制造开发了新功能。它带有数据迁移工具，对希望过渡到UG NX的I-deas用户能够提供很大的帮助。

2013年9月，Siemens PLM Software发布了UG NX 9正式版软件。此版软件除仅支持64位操作系统以外，最主要的是对用户交互引入了Microsoft Ribbon方法，采用了同微软Office 2010用户界面一样的Ribbon（带状工具条）功能区界面。此外还引入了UG NX“创意塑型”这种新方法来创建高度程式化的模型；对2D草图绘制引入了同步技术概念，无须预先创建约束即可更改逻辑，还可以自动识别各种关系（如相切）。

2019年1月，正式发布UG NX 1847版本，该版本是UG NX的一个重大里程碑。“1847”是为纪念德国西门子集团创始于1847年，软件以后将实现在线升级，UG NX将会自动检查更新包，比较容易保持UG NX的最新版本，便于用户了解软件新功能以及性能改进。此外，该版本针对产品的各方面均有增强功能，可让用户在协同环境中工作的同时，提高产品开发和制造方面的生产效率。

1.2.2 CAD技术的发展历程

CAD技术起步于20世纪50年代后期。发展初期，CAD的含义仅仅是图板的替代品，即Computer Aided Drawing（or Drafting），而非现在的CAD（Computer Aided Design）所包含的全部内容。当时CAD技术的出发点是基于传统的三视图，通过在计算机屏幕上绘图来表达零件外形，以图样为媒介进行技术交流，也就是二维计算机绘图技术。

1.曲面造型技术

20世纪60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统。这种初期的线框造型系统只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息，CAM及CAE均无法实现。

进入20世纪70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。此间飞机及汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题，当时只能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。由于三视图方法表达的不完整性，经常发生设计完成后，制作出来的样品与设计者所想象的有很大差异甚至完全不同的情况。法国的达索飞机制造公司在二维绘图系统的基础上，推出了三维曲面造型系统CATIA，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图样的三视图模式中解放出来，首次实现了以计算机完整描述产品零件的主要信息。

曲面造型系统带来的技术革新，使汽车开发手段比旧的模式有了质的飞跃，新车型开发速度也大幅度提高，许多车型的开发周期由原来的六年缩短到三年。CAD技术给使用者带来了巨大的好处及颇丰的收益，汽车工业开始大量采用CAD技术。

2.实体造型技术

20世纪70年代末到80年代初，由于计算机技术的迅猛发展，CAE、CAM技术也开始有了较大发展。SDRC公司在“星球大战”计划的背景下，在CAD技术方面也有了许多开拓；UG则着重在曲面技术的基础上发展CAM技术，用以满足麦道飞机零部件的加工需求；CV和CALMA则将主要精力都放在CAD市场份额的争夺上。

但是新技术的发展往往是曲折和不平衡的。实体造型技术既带来了算法的改进和未来发展的希望，也带来了数据计算量的极度膨胀。在当时的硬件条件下，实体造型的计算及显示速度很慢，在实际应用中做设计显得比较勉强。由于以实体模型为前提的CAE本来就属于较高层次技术，普及面较窄，反响还不强烈；另外，在算法和系统效率的矛盾面前，许多赞成实体造型技术的公司并没有大力去开发它，而是转去攻克相对容易实现的表面模型技术。各公司的技术取向再度分道扬镳。实体造型技术也因此没能迅速在整个行业全面推广开。

3.参数化技术

如果说在此之前的造型技术都属于无约束自由造型的话，进入20世纪80年代中期，有人提出了一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法——参数化实体造型方法。这个时期，计算机技术迅猛发展，硬件成本大幅度下降，CAD技术的硬件平台成本从二十几万美元降到只需几万美元。一个更加广阔的CAD市场完全展开，很多中小型企业也开始有能力使用CAD技术。进入20世纪90年代，参数化技术逐渐成熟，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在的简便易行的优势。可以认为，参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次技术革命。

CAD技术基础理论的每次重大进展，无一不带动了CAD/CAM/CAE整体技术的提高以及制造手段的更新。技术发展，永无止境。没有一种技术是常青树，CAD技术一直处于不断的发展与探索之中。正是这种此消彼长的互动与交替，造就了今天CAD技术的兴旺与繁荣，促进了工业的高速发展。

1.2.3 基于UG NX的产品设计过程

基于UG NX软件可完成产品的创意设计、数字样机设计与虚拟装配，产品加工可完成手工编程，也可利用增材制造手段快速制造产品原型，从而对新品进行全方位的评估和预判，为量产做好准备。

产品设计不仅是三维数字模型设计，还包括产品的工艺设计和生产管理。产品设计的一般过程分为两大部分：准备工作和设计工作。

1.准备工作

1）了解设计目标和设计资源。

2）搜索可以使用的设计数据。

3）定义关键参数和结构草图。

4）了解产品的装配结构。

5）编写设计说明书。

6）保存相关的设计数据和设计说明书。

2.设计工作

1）建立主要的产品装配结构。使用自上而下的设计方法，建立产品装配结构。如果一些原有的设计可用于现在的设计操作，则将其纳入产品装配树中。

2）定义产品设计的主要控制参数和主要设计结构。这些模型数据将被用于以后的零部件设计，同时用于最终产品的控制和修改。

3）将以上参数引入相关下属零部件的设计文件中。

4）对不同的子部件和零件进行细节设计。

5）在零件设计过程中，检查各零部件，并在需要时做适当修改。

综上所述，产品设计流程如图1-9所示。

1.2.4 三维模型设计方法

1.UG NX建模模式

UG NX建模将传统的显式几何建模和基于约束的草图及参数化特征建模无缝地集合为一体，形成了复合建模功能。UG NX建模模式主要如下。

1）显式建模：显式建模是非参数化建模，对象是相对于模型空间而不是相对于彼此建立的。对一个或多个对象所做的改变不影响其他对象或最终模型。

2）参数化建模：一个参数化模型为了进一步编辑，将用于模型定义的参数值随模型存储。参数可以彼此引用，以建立模型各个特征间的关系。例如，设计者的意图可以是孔的深度总是等于凸台的高度。

3）基于约束的建模：模型的几何体是由作用到定义模型几何体的一组设计规则（称之为约束）来驱动或求解的。这些约束可以是尺寸约束（如草图尺寸或定位尺寸）或几何约束（如平行或相切）。设计者的意图使设计改变时仍保持约束，如相切、正交等。

2.UG NX建模步骤

1）建立一个新的UG NX部件文件或打开一个已存在的部件文件。

2）选择一个应用：选择“应用模块”→“建模”/“装配”…命令。

3）检查/预设置参数：选择“首选项”→“对象”/“建模”/“草图”…命令。

4）建立少数关键设计变量：选择“工具”→“表达式”…命令。

5）建立对象：选择“主页”→“直接草图”/“特征”…命令。

6）分析对象：选择“分析”→“测量”/“曲线分析”…命令。

7）修改对象：选择“编辑”→“特征”…命令。

8）保存UG NX部件文件：选择“文件”→“保存”命令。