CADCAM技術的發展與UG技術（DOC25）⑴

1.1CAD/CAM技術概述

1.1.1基本概念

CAD/CAM是計算機輔助設計與制造（ComputerAidedDesignandComputerAided

Manufacturing）的英文縮寫，是一項利用計算機軟、硬件協助人完成產品的設計與制造的

技術。

CAD通常是指工程技術人員在計算機構成的系統中以計算機為輔助工具，完成產品的

設計、工程分析、繪圖等工作，并達到提高產品設計質量、縮短產品開發周期、降低生產

成本的目的。

廣義的CAM是指工程技術人員在計算機構成的系統中以計算機為輔助工具，完成從

準備到產品制造整個過程的活動，包含工藝過程設計、工裝設計、NC自動編程、生產作業

計劃、生產操縱、質量操縱等。

狹義的CAM通常僅指NC程序編制，包含刀具路徑規劃、刀位文件生成、刀具軌跡

仿真及NC代碼生成等。

CAD/CAM技術產生于20世紀50年代末、60年代初，高速進展于20世紀80至90

年代。自20世紀80年代初以來，計算機的應用日益廣泛，幾乎深入到生產過程的全部領

域，并形成了許多計算機輔助的分散系統。僅在制造業的產品設計與制造過程中就出現了

如下分散系統：CAD、CAE（ComputerAidedEngineering,計算機輔助工程分析）、CAPP

（ComputerAidedProcessPlanning,計算機輔助工藝過程設計）、CAM、CAQ（Computer

AidedQuality,計算機輔助質量管理）、CAFD（ComputerAidedFixtureDesign,計算機輔

助夾具設計）等。

這些獨立的分散系統分別在產品設計自動化、工藝過程設計自動化與數控編程自動化

等方面起到了重要的作用。但是，使用這些各自獨立的分散系統不能實現系統之間信息的

自動傳遞與交換。比如，一個分散的CAD系統設計的結果既不能直接為CAPP系統同意，

有關幾何建模的技術信息也無法直接傳遞給一個獨立的CAM系統，從而降低了計算機在

產品設計與制造過程中的使用效率。為此，提出了CAD/CAPP/CAM集成的概念，繼而產

生了一批基于CAD/CAPP/CAM集成化的計算機輔助設計與制造商用軟件，其中以美國的

Unigraphics（簡稱UG）軟件最具代表性。目前UG軟件已經在汽車、航空航天、機械制造

等領域得到越來越廣泛的應用。

所謂的CAD/CAM集成，是指在CAD、CAPP與CAM各模塊之間有關信息的自動傳

遞與交換。集成化的CAD/CAM系統能夠借助于公共的工程數據庫、網絡通信技術、與標

準格式的中性文件接口，把分散于機型各異的計算機中的CAD/CAM模塊高效地集中起來,

實現軟、硬件資源共享，保證系統內信息的流淌暢通無阻。

1.1.2CAD/CAM系統的構成

通常一個完善的CAD/CAM系統應具備：快速數字計算及圖形處理功能、幾何建模功

能、處理數控加工信息的功能、大量數據與知識的存儲及快速檢索與操作功能、人機交互

通信的功能、輸入與輸出信息及圖形功能、工程分析功能等。CAD/CAM系統應由人、硬

件、軟件三大部分構成，其中硬件包含計算機及其外部設備，廣義上講硬件還包含用于數

控加工的機械設備與機床等。

軟件通常包含系統軟件、支撐軟件與應用軟件三類。系統軟件要緊負責管理硬件資源

及各類軟件資源，它面向所有用戶，是計算機的公共底層管理軟件，即系統開發平臺；支

撐軟件運行在系統軟件之上，是實現CAD/CAM各類功能的通用性應用基礎軟件，是

CAD/CAM系統專業性應用軟件的開發平臺；專業性應用軟件則是根據用戶具體要求，在

支撐軟件平臺上進行二次開發的專用軟件。

計算機系統的硬件為系統工作提供物資基礎，而系統功能的實現由系統中的軟件運行

來完成。隨著CAD/CAM系統功能的不斷完善與提高，軟件成本在整個CAD/CAM系統中

所占比重越來越大。目前國外引進的一些高檔軟件，其價格已經遠遠高于系統硬件的價格。

圖1-1給出了CAD/CAM系統的基本構成。

圖1-1CAD/CAM系統的基本構成

由于企業技術水平及生產能力不一致，在CAD/CAM技術的應用及其系統的構建上能

夠有不一致的形式。由于CAD/CAM系統的投資相對較大，如何科學、合理地選擇適合本

企業的系統，務必通過充分的論證，這也是當前我國在推廣應用信息化技術改造與提升傳

統制造業企業技術水平的過程中需要重視的問題。隨著軟硬件技術與網絡技術的進展，

CAD/CAM系統的總體趨勢是向著集成化、智能化、標準化與網絡化方向進展。

1.1.3CAD/CAM系統的支撐技術

CAD/CAM系統除了配置必要的軟、硬件之外，尚需要多種技術的支持，如數據管理

技術、網絡技術、成組技術、工程分析技術、仿真技術等。特別是數據管理技術與網絡技

術，隨著CAD/CAM技術應用范圍的不斷擴大與深入，將占據越來越重要的地位。

1.數據管理技術

機械CAD/CAM涉及的數據具有數量大、種類多、結構復雜的特點，包含產品的物理

特征、材料性能、數學模型、零件規格、幾何形體描述、測試數據與各類設計標準與規范

等，內容極為廣泛。數據表現形式除了數值、文字信息之外，還有大量的兒何圖形信息。

如何管理這些數據信息，將直接影響CAD/CAM系統的應用水平與工作效率。

目前流行的數據管理模式要緊是數據庫管理模式。數據庫管理系統（DataBase

ManagementSystem,DBMS）是用于對數據庫及系統資源進行統一管理與操縱的軟件，它

提供了對數據庫的定義、建立、檢索與編輯修改等操作功能；對數據的安全性、完整性與

保密性進行統一的操縱管理，起著應用程序與數據庫之間的接口作用（如圖1-2所示）。數

據庫的結構要緊分為層次型、網狀型與關系型三種基本模型，如圖1-3所示。

數據庫系統與文件系統相比，具有如下特點：（1）數據的物理存儲獨立于應用系統，

兩者的單獨改變不可能相互影響；（2）由于同一數據可組織在不一致的文件中，因此每個

數據在理論上只需要存儲一次，就能夠實現數據共享；（3）應用程序的編制能夠不考慮數

據的存儲管理與訪問效率等問題；（4）通過DBMS實現對數據的統一操縱，確保了數據的

正確性與保密性。

目前CAD/CAM集成系統的數據管理要緊采取下列三種方法：（1）基于文件記錄的專

用數據管理方法，要緊適合對非共享數據的管理；在商用數據庫管理系統上建立一套軟件

接口的方法（用SQL數據操作語言編寫），這是目前常用的方法；（3）采取工程數據庫管

理建立數據庫的方法，這是下一代CAD/CAM與CIMS系統的數據管理主流。

圖1-2數據庫與數據管理系統的關系

2.計算機網絡技術

計算機網絡具有如下單個計算機所不具備的功能與特點：（1）能夠在計算機之間快速

實現數據的傳遞；（2）共享計算機資源；（3）網內各計算機站點可互為后備，提高計算機

系統的可靠性；（4）若干臺地域不一致的計算機能夠共同完成一項大型的CAD/CAM任務,

進行遠程協同作業。

(a)

|部件口|部件|部，牛3||部祥4|-|部存

（b）

名稱圖號數量材料

固定鉗身02101HT150

螺桿0230245

活動鉗體02103HT150

鉗口板0230645

螺釘02034HT150

(c)

圖1-3數據庫結構的三種基本數據模型

按照網絡覆蓋的區域范圍，能夠將計算機網絡分為基于全球Internet的廣域網與局域網

兩種。廣域網需要使用合理的接入方式來進行遠程數據傳送，而局域網通常僅限于數公里

范圍，是直接用于傳送數字信號的計

算機網絡。目前CAD/CAM系統所用

的網絡均屬于局域網。

局域網產品的種類很多，構成型

式也多種多樣，但通常是由網卡與媒

體、服務器、工作站（微機）、網間連

接器并配以網絡系統軟件構成，如圖

1-4所示。

3.成組技術

成組技術是合理組織產品生產過

程的一種將工程技術與管理集于一體的生產組織管理方法，它利用產品零件之間的相似性,

將零件分類成組，然后根據每組零件所擁有的相似性，為同組零件找出相對統一的最佳方

案，從而節約時間與精力以取得所期望的經濟效益。作為一種機械制造的應用技術，成組

技術涉及到對機械制造中相似性進行標識、開發與利用等方面的內容。

通常應用構成技術時是通過分類編碼系統對零件相似性進行識別。零件的分類編碼系

統是用數字與字母對零件特征進行標識與描述的一套特定的規則與根據。目前國內外有100

多種編碼系統在工業中使用，其中以Opitz編碼系統最具代表性。通常每個企業或者部門

能夠根據自身的產品特點選擇其中一種，或者是在某種編碼系統的基礎上加以改進，以適

用本單位的使用需要。

1.2制造業應用計算機的基本模式

制造行業企業工作的核心是產品，因此企業應用計算機推進信息化的工作都是圍繞著

產品的開發、生產、經營等各項工作來開展的。

(1)產品任務。根據上級公司下達的生產任務或者市場定單，利用各類專業軟件進行

分析計算，確定產品的形狀、尺寸及各子系統的技術指標，形成產品設計任務書，全部數

據與有關任務均存放在統一數據庫中。

(2)全面設計。各專業人員從統一數據庫中獲取任務指令與有關的設計任務書，按時

把各自的設計文檔、圖形、圖紙、技術要求與相應的分析結果存入統一數據庫中。

(3)工藝規劃。由統一數據庫下達型號研制任務，一旦全面設計工作開始，工藝人員

就著手開展并行工作。一方面給設計人員提供工藝方面的技術支持，避免返工，另一方面

開始做工裝的準備工作，檢查相應的設備、刀具、材料等資源，及時向供應部門提供必要

的采購信息。完成的文檔存人數據庫中。

(4)生產制造。從統一數據庫中獲取統一的產品結構與制造結構。通過可視化技術準

確地懂得加工圖形所對應的三維模型。統一數據庫中提供的多媒體裝配模型大大地方便了

總裝工作。生產制造部門也能夠通過統一數據庫反饋改進意見，提高設計水平，減少后期

的返工。

(5)物資供應。通過統一的數據庫給設計、工藝與制造人員提供設備、材料、部件與

標準件等信息，改善他們的工作環境。同時采購人員從統一數據庫中自動生成某個型號、

某個產品的材料清單(如標準件清單、外協件清單、原材料清單等)，即減少工作人員的工

作負擔，又提高數據的一致性。為提高倉庫管理水平，減少浪費制造有利條件。

(6)生產計劃。在統一的數據庫中可下列達任務并實施監測，每項設計、工藝與制造

等任務的完成狀態，便于掌握整個項目的進度。從統一數據庫中獲取產品結構信息，支持

型號管理。同時也能夠獲取工藝信息，自動生成統一的材料清單(如自制件清單、機加工

件清單等)，支持生產管理。一旦設計或者工藝部門發生任何更換，生產計劃部門通過統一

數據庫立即能夠獲得更換后的最新數據，大大減少數據不一致的錯誤與不必要的延誤。

(7)財務管理。統一數據庫中包含產品全部設計與工藝數據。數據庫提供各類查詢檢

索工具、匯總工具與報表工具等，財務系統監督型號研制費用、估算產品直接成本制造了

有利條件。數據庫的惟一性保證財務系統分析結果的可靠性。產品數據的不一致配置為財

務管理的靈活性提供有利的支持。

（8）質量操縱。為了改變以量求質的狀況，統一數據庫把產品的各類關鍵質量操縱點

數據進行統一管理，通過分析找出規律，提高生產力。因此，質量操縱也離不開統一的產

品數據所提供的準確的產品配置結果。

（9）市場銷售。型號批次的變化或者市場需求的變化，要求中國企業能夠做出快速反

應。在統一的產品數據庫中，積存了大量的成功經驗。為了滿足市場上變化了的需求，只

需對產品結構中的部分零件做些適當的修正，通過虛擬電子樣機的模擬就能夠投入生產，

搶占市場。同樣電子樣機不僅能夠排除各類設計錯誤，大大減少生產環節的返工，還能夠

將設計的虛擬樣機提早提供給最終用戶，甚至能夠通過互聯網去吸引客戶，擴大市場量。

（10）統一數據庫。上述各部門的工作指令來自于數據庫，工作的結果也分門別類存

回數據庫，在數據庫中不僅能夠儲存產品的整個生命周期的全部數據，同時還存有企業的

各類資源，如人員、設備、標準件、通用件與刀具等。還有記錄了產品數據從設計到制造、

維修服務整個過程的數據，便于追溯與檢查原因，更重要的是在數據庫中不斷積存起來的

產品知識。

上述工作只有當使用了高度集成化的計算機輔助設計、制造與管理軟件時，才是最高

效的。

1.3制造業CAD/CAM技術及信息化工程的進展

人類進入21世紀，隨著計算機應用技術的進展,制造業的進展模式也發生了重大變化,

表現為企業從CAD、CAE與CAM等單點技術或者應用孤島，進展為基于“知識網絡”的

綜合應用領域；從單純的數控加工CAM技術的應用，向“工廠生產制造計劃與配置”進

展；從企業或者部門內部應用的CAD心AM、PDM（ProductDataManagement,產品數據

管理）與ERP（EnterpriseResourcePlan.企業資源規劃），逐步過渡到各企業之間的協同

方案運作。面向企業面向全球性通信協同進展己成為制造業進展的總體趨勢。

制造業信息化工程的核心就是使用國際上最先進的信息化技術，提高企業產品的創新

能力與高新技術含量、提高企業快速響應市場能力。所有這些也正是世界發達國家正在研

究與采納的世界一流的新技術與新方法。

制造業CAD/CAM技術及其信息化工程的進展歷程大致經歷了下列幾個階段：

（1）孤立的應用模式。這個階段的進展跨越了20世紀60?70年代，計算機圖形軟件

開始商品化。企業各部門（如設計、工藝、制造、計劃、財務、質量管理與后勤等部門）

各自使用相應的計算機硬件，改善自己的勞動工作方式，提高個人勞動生產率，然而相互

之間的信息傳遞卻依然靠低介質來進行，各點發達，彼此孤立，形成應用孤島。

（2）孤立的信息系統。這個階段的進展跨越了20世紀70?80年代。企業各部門

之間各取所需，根據自己本部門進展的需要，不斷完善自己的應用系統，解決部門內部

的信息共享與反饋，使本部門的勞動生產率獲得提高。但仍解決不了各部門之間的信息

傳遞問題。

(3)信息的交換與集成。這個階段的進展跨越了20世紀80?90年代。通過上述兩個

階段的進展，信息的傳遞問題顯得非常突出，因此便有了各部門之間協同，或者是對信息

重新調整，或者是更換系統，開發新的應用系統與大量的接口，即要繼承大量的歷史數據,

又要制造一種全新的信息交換、集成化的工作模式，從而大大提高企業的競爭力。

(4)基于全局性的信息化系統集成。進入20世紀90年代，隨著網絡技術的進展與成

熟，使企業信息化又迎來一個全新的時期，即從內部信息化集成應用進展到企業間信息相

互集成的時期，逐步形成了跨國跨地區的半球化乃至全球化經濟運作模式，代表著世界經

濟的進展主體。

三十多年來，軟件開發商們一直致力于探索更好的辦法去使用計算機輔助技術進行自

動化產品開發過程。圖1-5以近20年來UG軟件的進展反映了計算機輔助技術的進展。KBE

(KnowledgeBasedEngineering,基于知識的工程)技術將是下一代機械CAD/CAM的特點,

它捕捉、分配與再使用每一個產品開發部門的工程專業知識。

7488952000

''基于圖紙基于特征基于過程基于知識

數字化知識與過程

汽年

實

體

消費

特

征

機械?過程向導

形

象

化

模具?顧問/評審

?基于規則建模

圖1-5以UG為代表的計算機輔助技術的進展

我國的CAD/CAM技術開發與應用起步于20世紀70年代，由于受當時計算機硬件與

軟件條件的限制，較多的工作局限于用計算機進行一些產品設計中的分析計算。進入20世

紀80年代，國家在機械CAD/CAM技術開發與應用方面進行了重點投資，并取得了一系

列在國內具有開創性的單元成果，也培養了一批CAD/CAM科技隊伍，從而為20世紀90

年代的快速進展奠定了良好的基礎。

1991年原國家科委組織成立了“計算機輔助設計應用工程領導小組”，加大了CAD技

術的開發與推廣力度。1995年在機械行業開展了“CAD應用1215工程”與“CAD應用

1550工程:前者是樹立12家“甩圖板”的CAD應用典型企業，后者是培養50?100家

CAD/CAM應用示范企業，扶持100家，帶動5000家企業的龐大計劃。一批具有自主知識

版權的軟件，如清華大學的高華CAD、華中科技大學的開目CAD與CAPP、北京航空航

天大學的CAXA電子圖板、CAXA制造工程師（ME）等軟件，在國家科技部的項目資助

下開發完成，并開始推廣應用。計算機輔助繪圖也已經從二維設計進入了三維實體建模與

參數化設計階段。

然而，我國CAD/CAM技術的研究水平與應用范圍與工業發達國家相比都還有較大的

差距，特別是CAD/CAM應用的集成化程度較低，缺乏具有自主版權的、完善的高檔

CAD/CAM軟件系統。此外CAD/CAM專業技術人才的匱乏也限制了企業對CAD/CAM技

術的推廣應用。

1.4UG技術及其在現代制造業中的作用

1.4.1UG技術概述

UGS（UnigraphicsSolutions）是全球進展最快的機械CAX（即CAD、CAE、CAM等

的總稱）公司之一。它的產品Unigraphics（簡稱UG）軟件是當前世界上最先進與緊密集

成的、面向制造業的CAX高端軟件，是知識驅動自動化技術領域中的領先者。它實現了設

計優化技術與基于產品與過程的知識工程的組合。UG軟件能夠為各類規模的企業提供可

測量的價值；能夠使企業產品更快地提供給市場；能夠使復雜的產品設計與分析簡單化；

能夠有效地降低企業的生產成本并增加企業的市場競爭實力。正是由于該軟件的高度集成

化與優越的性能，使之成為目前世界上最優秀公司廣泛使用的系統，這些公司包含波音飛

機、通用汽車、普惠發動機、飛利浦、松下、精工與愛立信等。UG成為日本要緊的汽車

配件生產商Denso的標準，占有90%的俄羅斯航空市場與80%的北美發動機市場。美國航

天航空界已安裝了10000多套UG,在世界各國航天航空界享有極高的地位。UG軟件目前

也普及到機械、醫療設備與電子等行業，并發揮著越來越顯著的作用。

UG產品要緊包含計算機輔助工業設計、工程設計一、工程分析與制造，與知識驅動自

動化的工具與專門過程的導向。UG產品線如圖1-6所示。

1.4.2產品的創新與開發在UG中的表達

產品的創新要貫穿于產品本身的全生命周期，從總體構想設計、概念設計、全面設

計、生產計劃到制造質量操縱都要創新。UGS產品十分重視任何提高企業的創新能力，為

此特別強調：創新要基于知識、基于產品、基于過程。UG的產品創新開發技術與手段，

要緊包含：全集成、全有關、前瞻性、數字樣機、快速反映機制與知識工程（KBE）這6

個方面。

入門

l_

知識驅動自動化（KDA）計算機輔助設計（CAD）計算機輔助制造（CAM）

,BaseMachining

?UG/KnowledgeFusion?UG/SolldModeling

?FaceMilling

?UG/MoldWlzard?UG/FeaturcModeling

,FixedContourMilling

?UG/CearEngineeringWizard?UG/UserDefinedFeature

,VariableContourMilling

?UG/DieEngineeringWizard,UG/FreeformModeling

?FlowCut

,UG/WeldAssistant1,UG/Drafting

,CavityMilling

?UG/OpenUlStyler?UG/AssemblyModeling

?Z-levelMilling

?UG/OpenGRIP?UG/AdvancedAssemblies

?SequentialMilling

?UG/OpenAPI?UG/WAVEControl

,ThreadMilling

?UG/Open++?UG/GemetricTblerancing

?NURBSMachining

?UG/SheetMetalDesign

?UG/AdvancedSheetMetalDesign,Facet_BasedMachining

一計算機輔助工業設計（CAID）?Turning

?UG/RoutingBase

?UG/Tubing?WireEDM

?UG/ShapeStadio?ShopDocumentation

?UG/Piping

?UG/Conduit?HighSpeedMachining

,ToolLibraried(UG/Genius)

?UG/Raceway

數據交換

?UG/Steclwork,CAMVisualize

?SpeedsandFeedstable

?UG/Wiring

?IGES?PostBuilder

?UG/QuickShape

?STEP

?UG/GeometricTolerancing

?DXF

?2DExchange

—計算機輔助工程分析（CAE）

特殊應用

?UG/GenConnect,UG/SccrurioforStructures

,UG/DcsignVerification,UG/ScenarioforStructures+

?UG/Inspection?UG/ScenarioPE

?UG/ReverseEngineering?UF/FEA

,UG/RapidPrototyping

圖1-6Unigraphics產品線

1.全集成

（1）數據與系統的集成。這是一個以數據庫為核心的能將CAX、PDM（ProductData

Management.產品數據管理）、RE（ReverseEngineering,逆向工程）、RP（RapidPrototype,

快速成型）、ERP、PM（ProjectManagement,項目管理）、FM（FinanceManagement,財

務管理）等的數據信息與系統集成在一起的環境。這樣才能做到D2B（DesigntoBusiness,

為商務而設計）。

（2）功能集成。即CAID/CAD/CAE/CAM/PDM等重要集成。

（3）過程集成。即總體方案設計、概念設計、全面設計、工藝計劃工裝夾模具設計與

制造、零部件制造與裝配質量檢測等全過程要能集成在一起。

（4）信息集成。UGS的iMAN就是集成管理產品的全生命周期的信息。

（5）企業集成。不僅在企業內部各職能部門之間的信息集成，而且企業與配套供應商、

銷售商、客戶之間的信息也能集成。UGS的iMAN就提供了與ERP、SCM等的集成接口。

2.全有關

全有關指的是：在產品內部不僅保持尺寸大小的有關性，而且還具有結構形狀的有關,

即幾何有關，更要具有過程有關。不管是工業設計（CAID）、概念設計與結構設計（CAD）,

還是工程分析（CAE）、工業夾具設計與制造與數控編程（CAM）,這中間任一階段的結構

數據的改變都會引起其他過程做出有關的變化。

UGS提供的單一數據結構的主模型技術、超變量幾何方法、基于產品與特征的直接建

模與產品總體有關設計技術一一UG/WAVE（含關聯設計、種子技術與幾何元素的連接有關）

與工程分析的UG/Scenario都給工程技術人員提供了實現全有關的最佳工具與手段。此外

UGS提供的動態虛擬大裝配技術，使得技術人員在設計階段就可對產品從裝配的匹配關系、

機構運動的傳遞、定位的方式與位置、運動系統的基本動作進行預分析，而不需要專門的

運動等分析軟件。

3.前瞻性

這是指在設計階段利用虛擬、數字、可視的技術，就可對產品進行工程分析、設計優

化與仿真模擬。為此，UGS公司不僅與世界上一流的工程分析的專業公司結成了長期合作

的戰略聯盟關系，在UG中含有與這些分析軟件系統有著直接連接的高精度接口，而且還

將這些分析系統（如MSC/NASTRAN,MDVADAMS,Ansys與Moldflow等）的基本、

常用的部分植入到UG的分析應用模塊中，且保持與CAD的全有關。由于它們都使用了同

一圖形內核Parasolido這就大大方便了工程設計人員的設計，提高了設計的質量與一次成

功率。

4.數字樣機

關于制造業的產品創新開發來說，超巨模型的數字樣機的創建、分析與仿真工具是十

分重要的。UGS公司收購的EAI公司的Vis系列虛擬可視化產品在國際上處于領先地位。

Vis系列產品能夠與眾多的CAD/CAM軟件，如UG、Pro/E、ideas、CATIA與AutoCAD等

進行無縫連接；能夠集成讀取多種PDM系統下的數據；能夠運行于多種操作系統下，多

種硬件平臺上；它提供了基于Internet的虛擬企業平臺。又將超巨模型的裝配、可視、兒何

物理性能的分析、動靜態的幾何分析、人機工程與制造過程的仿真，虛擬現實等都集成在

一個EAI/VIS的單一環境中。EAI-Vis系列產品為企業進行產品創新開發提供了一個完整、

集成的、超越常規CAD/CAM軟件之上的虛擬可視化仿真環境，是數字化產品創新開發的

一種優秀工具。

5.快速反應機制

除了前面所述的以外，還包含兩個方面：逆向工程（RP）技術與快速成型（RP）技術。

前者是使用三坐標測量儀或者激光測量儀對現存的、成功的產品（零件）進行空間的掃描

測量，獲得該產品的空間坐標點的數據，再對這些超大量的數據點（點云數據）在CAD軟

件中進行濾波、提取特征線、補孔、光順生成網絡面、UG/QuickShapeNURBS曲面，從

而反求出測量對象的數字模型。后者是將數字模型以STL格式輸出到快速成型機上由快速

成型機生成塑料的或者紙質的該物理實體。用于評估、分析與作為模芯等。

將RE、RP與CAD/CAM軟件集成起來，構成一個快速反應的建模系統，能夠大大加

快產品的開發質量與速度。比如柴油機上氣道的設計就使用這種方法（如圖1-7所示）。先

用三坐標激光測量儀掃描現有的初始氣道，將測得的數據輸入到QuickShape中處理得到初

步的數字模型，再到UG環境下以STL格式輸出到快速成型機上得到塑料的氣道。以此氣

道進行誤差分析、吹氣測試與作為模具的模芯，澆鑄缸蓋。這一集成的氣道開發過程大大

提高了開發氣道的周期與質量，使原先要六個星期的設計縮短為一個星期，且做到了一次

成功。

氣象點云集

快辿成雪的曜氣警具

圖1-7柴油機上氣道的快速設計

6.知識工程（KBE）

隨著當今CAX設計系統進展的新趨勢，產生了以知識驅動為基礎的工程設計新思路,

簡稱知識工程KBE（KnowledgeBasedEngineering）?它將人工智能（包含知識庫、知識規

則與邏輯推理等）與CAX系統有機地結合起來，使其應用對象從幾何造型、分析與制造,

延伸擴展到工程設計領域，形成了工程設計與CAX系統的無縫連接。

如何把知識、技能、經驗、原理與規范等結合到CAX系統中，使得設計人員只要輸入

工況或者工程參數或者應用要求，系統就能根據有關知識、自動推理結構造出符合該特定

要求下的數字化幾何模型，這就是KBE技術要解決的問題，也是CAX技術進展的新階段。

UGS要緊通過使用KDA技術成功應用了KBE的基本原理，實現了用知識驅動兒何建

模，并成功開發出基于知識(KBE)的工程應用模塊：齒輪工程(GearEngineeringWizard

VI.Do它含有齒輪設計、軸的設計、軸承設計、鍵的設計與殼體的建模，設計人員只要輸

入程序參數或者工況條件即可。這里的“設計”包含幾何建模及工程分析兩部分。此外還

開發有塑料模設計導引(MoldwizardV3.0),沖壓模工程導引(DieEngineeringWizard

V2.0),多工位級進模(ProgressiveDieWizard)等。

1.4.3UG的協同制造工程

協同制造工程CME(CollaborativeManufacturingEngineering)是結合企業、工廠的生

產制造與計劃管理提出的新概念，它包含裝配工程、質量檢控、工廠生產計劃、過程優化、

加工工藝計劃、刀具及工裝夾模具的開發與數控加工這七個方面。

CME的關鍵要點是“P3R”，即:

(1)要生產什么樣的產品(Product)?

(2)如何安排這個制造過程(Process)?

(3)在哪兒生產，即工廠、車間的加工單元、生產線的配置(Plant)?

(4)需要什么資源(Resources)?

CME要求的是P3R保持有關性。而不是目前所表現的獨立、分散的狀態。為了實現

CME,UGS公司又提出了另一個新概念：虛擬工廠Efactory。虛擬工廠的目標也就是P3R

(如圖1-8所示)。

協同制造collaboration

裝配計劃制造計劃資源庫加工設備管理

resource

assemblyfabricationtool

librariesmanagement

Pplannerplanner

R企

工作場所ProcessE業

OResource工裝夾刀具

R資

Dworkplanningdesign設計

p源

產Uplace工藝計劃資源設計tooling/

計

品plannerproductfixturedesign

劃

數process

一一可視Validqtjon驗證

制

據resourco

plantM造

factory工廠設計工藝加工

DRoboticsE執

modeling

APlantProcess機器人S行

T工廠建模DesignApplication系

A統

materialSimulationNC

Programming

flowAnimation

optimization動態仿真Stamping數控編程

物流優化

工作指令workinstructions.shopfloordata車間層數據

圖1-8P3R關聯圖

UGS公司推出的Efactory系列產品是一個能夠付之有用的工具。通過Efactory,將原

先孤立的3P與R集成在一起，實現協同制造。

比如在“資源設計ResourcesDesign"方面，UGS公司的方案將加工操作與資源需求

緊密地連接在一起，在UGSiMAN的分類管理的技術下，建立集成的資源數據管理，如集

成的刀具庫等；并利用FactoryCAD模塊將工廠布置集成在CME中，利用UGS強大的建

模能力，進行工裝夾模具與刀具的設計。

又如關于"工藝加工"(Processapplications),UGS公司提供了許多基于知識、基于過

程的過程導引專業應用模塊,如：“MoldWizard"、“WeldWizard”........

再如在“工廠設計與布局”(PlantDesign)中，UGS提供的FactoryCAD是一個基于

AutoCAD的智能化的工廠布局工具。它包含了工廠中如運送裝置、貨物、工件架與起重機

等常用設備、工具的2D/3D庫。這是一個智能化的巨型庫，它除了進行工廠布置設計外，

還能夠進行產品裝配仿真，工作過程的干涉檢測。所有FactoryCAD的數據文件都在CME

中進行管理，其構造的工廠中的設備、生產線等對象，都與e-Factory的資源管理系統集合

在一起，并支持SDX格式。

綜上可見，制造業信息化工程的關鍵技術在UG中得到了完整的表達與應用。UG為制

造業信息化提供了一個面向產品全生命周期的開放式協同并行集成環境，即CPC

(CollaborativeProductCommerce產品協同商務)環境(如圖1-9所示)。在這個環境中，

每個人都能融入到整個企業中，為了同一目標，高速、優質、低耗地推出新的產品，協同

而并行地工作。

異地設計制造的WEB,e-Vis

協同、并行工具Vis-Conference

PORTAL

PMERP

FM

SMSCM

QC

產品創新開發現代化的管理模式

的技術和手段產品工程管理

CAID/CAD/CAE/CAMVVPDM

KBE,Wizards,RE,RP

圖1-9制造業的信息化環境

1.5UG軟件要緊功能模塊簡介

1.5.1UG/WAVE

UG/WAVE技術提供了一個參數化產品設計的平臺，為了維持設計的完整性與意圖，

此技術把概念設計與全面設計的變化自始至終地貫穿到整個產品的設計過程。在此平臺上,

具有創新的WAVE工程技術，使其高級產品設計的定義、操縱與評估成為可能。這一被稱

之“操縱結構”的可重復利用的設計模板被用來表達產品設計的概念，這是通過定義幾何

形體框架與關鍵設計變量來實現的。CAE的需求也被考慮到模型中，PDM則被用來管理

這些變動與版本。通過參數化的編輯操縱結構，不一致的設計概念能夠被迅速地分析與評

估。在操縱結構中的關鍵幾何模型可被有關聯地復制到通過全面設計的產品裝配中，這樣

在今后的產品開發過程中就同意高級概念設計上的變化與整個產品設計的改變有關聯。

利用WAVE技術，用戶能夠識別驅動其產品設計最重要的變量，然后在一個有關的操

縱結構中捕捉它們，比如，用戶在重新設計一種轎車的過程中，為了保持車身的外形尺寸

不變而獲得更多的頭部與腿部空間來對其進行更換時，用WAVE技術，用戶能夠容易而迅

速地獲得這種更換帶來的影響。利用傳統的工具，這種分析過程將花費數個星期，甚至數

個月。

利用WAVE技術，產品設計能夠根據需求按自頂向下的流程進行，而這種需求是基于

功能、空間、配置與其他方面的整體考慮。這些工程數據能夠在設計總體布局方案中捕捉

到，這個總體布局方案可驅動關鍵部件的位置與外形，同時定義要緊子系統之間的界面。

WAVE技術還能夠很容易地適用于其他方面，包含全面設計與制造計劃。比如，WAVE

技術的幾何連接器(包含在UG裝配模塊中)使用戶得以直接地把有關部件的設計聯系起

來。其可被用來把移動電話殼中孔洞的設計與鍵的外形與位置結合起來，而這些關系是相

互關聯的。這樣就能夠確保設計的意圖與整體性得以保護。當設計與生產過程的計劃改變

時，WAVE還能夠把過程中的模型自動更新。

基于這些效能，用戶能夠對新的市場機遇迅速作出反應，改進已有的產品，建立新的

產品線，而這只需要花費傳統開發成本的一小部分。

在UG/WAVE的工程軟件包中，包含UG/入口(Gateway)、UG/實體建模(Solid

Modeling)>UG/特征建模(FeaturesModeling)、UG/自由曲面建模(FreeformModeling)、

UG/工程制圖(UG/Drafting)、UG/裝配建模(AssemblyModeling)>UG/虛擬現實

(UG/Reality),UG/逼真著色(UG/Photo)、UG/幾何公差(UG/GeometricTolerance)等

模塊。

1.UG/入口(UG/Gateway)

UG/Gateway是連接所有UG模塊的基礎。它支持關鍵操作，包含打開已存在的UG部

件文件、創建新的部件文件、繪制工程圖與屏幕布局與讀入輸出各類不一致格式的文件，

與參數實體(Parasolid)轉換文件與計算機圖形的圖源文件(CGM)。同時提供的還有層操

縱、視圖定義、屏幕布局與顯示操縱功能。包含消隱/再現對象與在線幫助功能。UG/Gateway

還提供一個與各類高分辨率繪圖機接口的許可證，并提供先進的電子表格應用。通過

UG/Gateway的導航、動畫、實體與表面模型的顯隱與著色，提供了高級的可視化功能，建

造與管理零件族，操縱零件間的表達式，以便通過分析有關聯的方案方便地擴充模型設計.

標準表格查詢功能提供了一種簡單的方法來實現基于知識的工程技術。UG/Gateway還包含

UG/WebRender(將在后面介紹)。

2.UG/實體建模(UG/SolidModeling)

該模塊將基于約束的特征建模與顯式幾何模型方法無縫的結合起來，提供了當今

CAD/CAM軟件界最強有力的“復合建模”工具，使用戶能夠充分利用集成于先進的、基

于特征環境中的傳統的實體、面、線框造型的優勢。UG/SolidModeling可使用戶能夠很方

便地建立二維與三維線框模型、掃描與旋轉實體與進行布爾運算及參數化編輯。它還提供

用于快速、有效的概念設計的變量草圖工具與更通用的建模與編輯任務的工具。該模塊易

于懂得的基于圖標(icon)的圖形環境與其他建模模塊的操作相同。

3.UG/特征建模(UG/FeatureModeling)

該模塊提高了表達式設計的層次，設計信息能夠用工程特征的術語來定義。它提供了

支持建立與編輯下列各類標準的設計特征：孔、槽、型腔、凸臺、墊、柱體、塊體、錐體、

球體、管狀體、桿、倒圓與倒角等。同時還能夠挖空實體建立薄壁件。特征還能夠被參數

化定義并對其尺寸大小與位置做尺寸驅動編輯。用戶自定義的特征存儲在公共目錄下，也

能夠被添加到設計模型中。特征還能夠相關于其他的特征或者物體定位，也能夠被引用以

建立有關特征組。特征組排列能夠是個別的定位，也能夠是在簡單圖案與陣列中定位。

4.UG/自由曲面建模(UG/FreeformModeling)

該模塊支持復雜的自由曲面的形狀，如機翼、進氣道與其他工業產品的造型設計。它

可將實體建模與表面建模的技術合并，建成一個功能強大的建模工具組。此建模技術包含

沿曲線的通用掃描法，使用一條、二條與三條軌道方法按比例地建立外形，用標準二次曲

線的方法建立二次曲面體，建立圓形及圓錐截面的倒圓(圓角)面，光滑橋接在兩個或者

更多的其他實體間隙的曲面。此外，該模塊還提供計算復雜模型的形狀、尺寸與曲率的易

于使用的工具。

5.UG/用戶自定義特征(UG/User-DefinedFeatures)

該模塊提供一種利用用戶自定義的特征(UDF)概念去捕捉與存儲零件族的方法，易

于恢復與編輯。該模塊還提供了一些工具，如同意取一個已存在的用標準UG模型工具建

立的參數化實體模型，建立特征參數之間的關系、定義特征變量、設置默認值與確定調用

特征時所使用的通常形式所需的全部工具。用戶自定義特征建立后，將駐留在一個目錄中，

在此目錄上，供使用該模塊的任何用戶訪問。

6.UG/工程制圖(UG/Drafting)

該模塊能夠使設計者、工程師與繪圖員從三維實體模型得到完全有關的二維工程圖。

利用UG的復合建模技術，該模塊可生成尺寸與實體模型有關的工程圖，并保證隨著實體

模型的改變而同步更新工程圖尺寸，包含消隱線與有關橫截面視圖在內的二維視圖在模型

修改時也會自動更新。自動視圖布局功能可快速布局二維視圖。利用UG/AssemblyModeling

的數據能夠方便地繪制裝配圖，并能快速生成裝配分解圖。不管繪制單頁還是多頁全面裝

配圖及零件圖，UG/Drafting都能減少繪圖時間與成本。

7.UG/裝配建模(UG/AssemblyModeling)

該模塊提供了并行的、自上而下的產品開發方法。UG/AssemblyModeling的主模型在

整個裝配過程中能夠進行設計與編輯。部件可靈活地配對或者定位，同時一直保持其關聯

性。這樣既改進了性能，又節約了磁盤的存儲空間。裝配件的參數化建模還能夠描述各部

件之間的配對關系、確定通用緊固件組及其他復制的部件。這種體系機構同意建立非常龐

大的產品結構并為設計組之間共享，使產品開發構成員始終與他人并行地工作。按用戶規

定的命名規則或者使用UG/Manager的配置規則，都能夠正確地訪問不一致版本的零件.

8.UG/高級裝配(UG/AdvancedAssemblies)

該模塊將高速渲染著色與間隙分析技術相結合，提供了數據裝載操縱功能，同意用戶

對裝配結構的部件進行過濾分析。UG/AdvancedAssemblies能夠管理、共享與評估數字模

型，以完成一個復雜產品的全數字化裝配模型。用它提供的各類工具，用戶可對整個產品、

指定的子系統或者零件進行可視化及裝配分析，并使產品的性能與生產率達到最優化。變

更模型的表示方式，同意迅速地進行間隙檢測，并對有陰影與隱藏線的視圖著色。間隙的

檢測結果可被