UG軟件在機械設計中的應用分析

張紅升

摘要：使用UG 軟件設計具有直觀、方便的優點，可實現參數化設計，并且可以進行靜態和動態干涉檢測、動力學分析、有限元分析和NC輔助加工制造，可大大縮短機械設計周期，提高設計效率和質量。

關鍵詞：UG 機械設計

1.前言

Unigraphics（簡稱UG）是美國ugs推出的一套CAD /CAM /CA E 集成軟件系統，可應用于產品的整個開發過程，包括產品的概念設計、建模、分析和加工等。它不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設計功能，而且還可以進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析，能夠提高設計的可靠性，同時，還可以運用建立好的三維模型直接生成數控代碼，用于產品的加工。在不需要實際制造樣機的情況下，模擬了大部分實際情況。這就使得新產品開發的周期大為縮短，使新的產品能盡早占領市場，為企業贏得最佳效益。

2.UG 在機械設計中的應用

UG軟件作為機械工程設計中最具活力的工具之一，它主要應用于機械設計的以下諸方面：三維實體造型、設計審查與評價（如干有限元分析、機構運動分析、動力學分析等）、結構優化、工程圖的制作、鈑金設計、管線布置、工裝模具設計等。在機械設計中使用UG軟件具有更高效率、更高質量、更低成本的優勢。具體表現在以下幾方面：

（1）采用三維設計，使產品更加直觀、形象

機械類產品是一種看得見摸得著的三維實體。然而傳統的機械設計是用正投影法二維視圖來表達設計人員的設計思想。雖然這種方法能產品尺寸結構等信息，但卻存在著一些弊端。首先：無論是設計人員還是加工人員都要經過專門訓練才能在大腦中將二維視圖轉化成三維實體。其次：如果產品有復雜的裝配關系，或者復雜的曲面，則使用二維視圖表達顯得力不從心。再次：如果設計及繪圖過程中稍有不慎，就容易出現錯誤，并且不容易發現。而使用UG三維軟件可以直接用計算機呈現出設計者設計的三維模型，隨時計算出產品的體積、面積、質心、重心、轉動慣量等，其最大的好處是三維設計形象直觀，設計結構的合理性讓人一目了然，容易在模擬裝配時發現錯誤的結構尺寸。UG軟件允許在裝配環境中設計新零件，利用相鄰零件的位置及形狀來設計新零件，可保證新零件與相鄰零件的精確配合，避免了單獨設計零件出現錯誤而導致裝配的失敗。

（2）數據的相關性

在整個產品開發流程中，應用裝配建模和部件間的數字驅動，建立了零件之間的相互參照關系，實現各個部件之間的相關性，只需要更改部件或者裝配中的零部件尺寸，就可以方便的更改全局的零部件尺寸。同時，在整個產品開發流程中，應用主模型方法，實現集成環境中各個應用模塊之間保持完全的相關性，不需要重新生成模型。

（3）裝配干涉、運動分析、動力學分析

由于傳統的二維設計不夠直觀形象，所以比較難發現系統的裝配干涉，或運動干涉。而在UG中可以使用不同的約束把各個機械零件裝配起來，如果發現干涉就可及時對零件的結構尺寸等進行修改。在產品裝配模型完成后還可以進行運動仿真分析，模擬和評價機械系統的一些特性，如位移、運動范圍、加速度、速度、力及運動干涉，評估產品的功能與開發的目標是否相符。UG軟件可以模擬真實環境中的工作狀況， 可以在產品的設計階段直接檢查機械系統中各個零部件在空間的裝配和干涉情況， 最終實現可視化的設計。

（4）高級仿真和優化設計

傳統的設計計算與UG 有限元分析模塊比較，UG 軟件可快捷地對所設計零件進行強度校核，更精確地分析出最大應力及最大應力的位置，并結合參數化設計的方法進行優化，確定出滿足設計負荷及安全系數要求的合理結構；同時將機械設計工程師從復雜的理論計算中解放出來，將更多的精力放在優化設計及結構設計上，從而極大地提高了設計水平和效率，并且做到優化設計，減少材料消耗和成本，增加產品的可靠性。

（5）設計過程數字化方便信息傳遞

由于先進的信息處理技術不僅使設計過程全部數字化，而且設計的產品在正式加工制造之前，即可利用UG三維設計技術實現虛擬組裝、動態仿真及有限元分析，在產品正式加工前發現設計缺陷并進行改進，大大縮短了設計時間，極大地提高了設計效率和設計質量。另外，隨著信息高速公路的開通，信息傳輸技術已達到了一個新階段，設計圖紙甚至跨國傳輸、設計方案的實時異地討論、異地現場修改都已成為現實。

3.UG在機械設計應用中的不足

UG軟件在機械設計中的優勢是非常明顯的，其技術是新興技術，仍在高速發展。它給企業帶來了效率和效益。但其應用卻存在著不足，主要表現在：

（1）應用UG的層次不高，目前很多單位在用UG 軟件，但大多數只是在用該軟件做三維造型和結構設計。當然這也有很多優點，設計直觀、修改容易。但是如果只停留在這個階段，并不能稱之為真正的機械設計，因為這只是借鑒了前人的設計經驗，至于為什么要這樣設計，我們還需要進一步的對機械產品動力學分析、有限元分析等，同時驗證我們設計的產品是否滿足了設計的要求，這樣才可以真正體現UG軟件的強大功能。

（2）精通UG軟件的設計人員較少，不能充分發揮UG的功能。隨著UG軟件的推廣，大家對該軟件有了一定的了解，也意識到它的巨大優點，但同時精通CAD、CAM、CAE三個模塊的設計人員比較少，大多數工程師很難在短時間內同時掌握三種模塊并靈活運用，他們設計出來的產品就很可能存在一些缺陷。

4.結語

UG是一種高度集成的三維設計軟件系統，徹底改變了傳統的設計理念。由于其強大的功能，現已成為當今世界最為流行的CAD＼CAM＼CAW軟件系統之一，廣泛應用于通用機械、模具、家電、汽車及航天領域。總之，UG已在機械設計中發揮了重要的作用，使機械設計提高到全新的水平。它的迅速發展必將能滿足現代化機械設計更高的需求，為機械設計提供強有力的支持。