摘要：中信重工礦石-國內最大礦用磨機在中信重工試車驗收成功駕駛室推土機用戶-山推SD22駕駛室改進工作圓滿完成鉆機中國露天-阿特拉斯·科普柯舉行第100臺D7鉆機交機慶典永磁風力發電機-“全永磁懸浮風力發電機”事件跟蹤中國啤酒標貼-我國飲料貼標機發展史企業挖掘機天津-我國第十批進口舊挖掘機企業名單正式公布加工零件精度-典型儀表殼體類零件的數控加工工藝研究唐山市標書環保局-唐山市豐南區環保局環保監測儀器設備項目招標廣東東路東風-立式電腦數控加工中心招標公告貴州產品機械-4MZ-5型采棉機填補國內空白一、前言制造業信息化是當今世界制造業發展的大趨勢，是以信息化帶動工業化戰略的重要組成部分。從制造業的角度看，就是要實現產品設計數字化、制造數字化、管理數字化、咨詢服務數字化等。數字化技術的應用導致了制造信息的表述、存儲、處理、傳遞等方法的深刻變革，使建模,零件,組件,方法,部件,模型,技術,樣機,單元,產品,

　　一、前言

　　制造業信息化是當今世界制造業發展的大趨勢，是以信息化帶動工業化戰略的重要組成部分。從制造業的角度看，就是要實現產品設計數字化、制造數字化、管理數字化、咨詢服務數字化等。數字化技術的應用導致了制造信息的表述、存儲、處理、傳遞等方法的深刻變革，使制造業逐步從傳統的生產型向知識型模式轉化，數字化已逐漸成為產品生命周期中不可缺少的驅動因素，從而使數字化制造技術的發展成為必然。數字化設計、加工、分析技術以及數字化制造中的資源管理技術等構成了數字化制造的支撐技術，是實現數字化制造的重要途徑。

　　Unigraphics (以下簡稱UG)是一個以預測工程為特色、從設計到制造都可稱之為世界領先的軟件。它是面向產品、企業級、集成完整的CAD/CAM/CAE解決方案的建立全局產品模型為目標的三維設計與分析軟件。

　　為有效地完成數字化設計與制造任務，集團公司陸續引進了多套UG軟件，工程技術人員已經將此軟件技術全面應用于航空發動機、燃氣輪機、轉包產品等計算機輔助設計/輔助制造方面，并已充分顯示出其強大的功能且發揮了重要作用。本文主要介紹UG軟件在某型燃機數字化樣機裝配過程中的應用，利用Assembly模塊完成了某型燃機數字化樣機裝配(主要為燃機的主機部分，不包括發電機和機組成套部分的內容)。真正實現了提升設計人員的工程分析能力，優化了制造工藝，提高了產品質量。

　　二、UG裝配的設計方法 某型燃機是一個典型的單轉子發動機結構：15級軸流壓氣機，20個火焰筒的逆流、環管式燃燒室，4級透平。是由各單元體組成總體發動機。在UG裝配中模型零件數據是對零件本身的鏈接映象，保證裝配模型和零件設計完全雙向相關，零件設計修改后裝配模型中的零件會自動更新，同時可在裝配環境下直接修改零件設計;為此針對不同級別裝配，我們采取不同的裝配建模設計方法。

　　1.總體發動機裝配建模設計方法 根據某型燃機結構特點，在總體發動機裝配中我們采用自下而上裝配建模(Bottom-Up Modeling )方法，先新建一總裝配件，依次添加(add Existing…)已存在的子裝配件，按不同的裝配約束條件，最終完成整機的總體裝配。

　　在裝配中，裝配約束應正確、完整，不相互沖突，保留運動件正確的空間運動自由度。同時裝配中所有約束條件(Mate condition)必須有效，防止出現未加載(Not Loaded)情況發生。

　　2.單元體裝配建模設計方法 在裝配單元體中,根據具體情況分別采用并行的自頂而下(Top-Down Modeling)和自下而上(Bottom-Up Modeling )兩種裝配建模設計方法。自頂而下裝配建模設計主要采用兩種方式：一種是使用UG的WAVE幾何鏈接器;一種是在Assembly應用的裝配環境中以創建(Create)和現場編輯part的方式進行的面向裝配的設計(Design For Assembly，簡稱DFA)。

　　三、基于UG裝配建模的策略 某型燃機零件多，結構復雜，完成其數字化樣機裝配設計不僅需要計算機硬件配置高，而且在裝配進行操作時 (如渲染、刷新、旋轉…)，也需要很多技巧。在對計算機硬件進行必要的升級后，盡管充分利用硬件資源，雖然取得一定效果，但在操作上仍然花費很長時間，極大影響軟件運行的響應速度，為此我們從軟件方面采取了以下策略：

　　1.裝入選項(Load Options)的設定 裝入選項就是控制打開一裝配件時，從哪個目錄下尋找部件，以及如何裝入部件。因我們的零件實體建模是由多個單位集體智慧的結晶，裝配結果需要共享，如果不先定義裝入選項，各單位裝入選項設定不一致時，當打開一裝配件時，就會導致零件不能導入的問題，為此必先設定裝入選項，統一選取從目錄選項(From Directory )，并根據實際選取只載入部分必要的數據選項(Use Partial Loading)。

　　裝入選項(Load Options)的設定程序如下：

　　通過File -〉Options –〉 Load Options設定。

　　在Load Option 將默認的引用集(Default Reference Set) 定制為FACET,加以保存。以后打開大裝配，調用顯示的即是小面模型。

　　2.引用集(Reference Sets)的設定 引用集就是在一個部件(單個零件或子裝配)中定義的命名數據組，用來控制在裝配中裝入該組件的哪些數據。它的作用減少內存占用和簡化顯示。過濾多余數據，只保留最終設計的實體或片體，(這些數據仍表示精確數據。)

　　引用集(Reference Sets))的設定程序如下：通過Format -%26gt; Reference Sets 新建定義的引用集

　　為便于進行發動機的大裝配工作，在完成單個零件、子裝配件設計后，應創建兩個分別命名為BODY 和FACET 的引用集

　　3.簡化表達(Representation )的使用 簡化表達(Representation)是與實體全相關的小平面片，也即在實體表面生成一組小平面片，這些小平面片常稱為小面模型(Facet)。使用簡化表達會大大提高對大裝配進行操作時的性能,并能快速載入大裝配文件;快速渲染、刷新、旋轉大裝配;在間隙分析Clearance Analysis)時，加快干涉分析的速度;快速生成大裝配的消隱線視圖(Hidden Line Removal)。

　　簡化表達(Representation )的設定程序如下：通過Assembly -%26gt; Advanced Assembly -%26gt; Representation…定義小面模型.

　　小面模型有三個級別，可根據實際情況靈活應用

　　3.1 單個零件一級的小面模型(Piece Part Level Representations)在每個零件中建立小面模型，有賴于每一位設計人員在完成設計后建立小面模型。

　　3.2主要組件一級的小面模型(Major Sub-Assembly Level Representations)。在主要組件級建立并保存小面模型，然后將其添加到Reference Set 中，任何含有主要組件級的裝配都能觀察到主要組件級的小面模型。

　　3.3數字樣機一級的小面模型(Mockup-Up Level Representations)利用Master Model的方式，建立新的Representation文件，所有Faceted Body儲存于新建立的文件中。 針對某型燃機的特點，在做單元體裝配時我們采取了單個零件一級的小面模型，在做總體發動機裝配時我們采取了主要組件一級的小面模型。選中零件，用替換引用集(Replace Reference Set) 將其替換為小面模型(Facet)。

　　四、基于UG 裝配建模的原則 為統一規范，有章可循，我們制定下面的基于UG 裝配建模的原則：

　　1.發動機組件、部件、單元體裝配時均以裝配約束裝配，不以絕對坐標系調用的方法來裝配。 2.在裝配時，不能用FACET 引用集進行裝配約束，必須用BODY 引用集進行裝配約束。 3.為便于進行發動機的大裝配工作，在完成單個零件、子裝配件設計后，應創建兩個分別命名為BODY 和FACET 的引用集。 4.BODY 引用集必須自己創建，在零件中BODY 引用集為最終完成的實體。在組件中BODY引用集為參加裝配的所有零件及子裝配件實體的集合。 5.FACET 引用集為最終實體表面上的小面模型。用戶在單個零件模型建立完成，保存之后，由UG 系統自動創建BODY 引用集中實體的小平面表示(即FACET 引用集)。組件的FACET 引用集需由用戶手工另行建立。

　　五、 基于UG裝配的數字化樣機應用

　　1.單元體裝配設計應用

　　1.1自下而上(Down- Top)設計裝配方法的應用 自下而上設計裝配方法類似我們的總裝車間的裝配，各制造車間把制造成品集件到總裝車間，總裝車間按產品結構完成產品裝配。采用自下而上(Down- Top)設計方法就是通過添加部件(Assemblies → Add Existing…)到工作部件成為組件。這個部件可以是一個已存部件或一個部件家族成員。對數椐庫中已存的系列產品零件, 標準件以及外購件也可通過自下而上的設計方法加入到裝配件中來。

　　1.1.1 結構件的裝配應用 通過添加(add Existing…)已存在的結構件，先采用絕對坐標系定位方法，利用點構造器安放組件，再添加(add Existing…)已存在的第二個、第三個、…部件，組件利用配對方法(Mate)，規定配對條件實現固定組件位置。

　　例如，我們進行壓氣機、透平轉子平衡組件單元體裝配時，先新建一單元體裝配文件，然后按壓氣機、透平轉子平衡組件單元體的總體結構圖依次添加零零組件，完成裝配。(見圖)

　　1.1.2 標準件、成附件的裝配應用 在裝配中標準件、成附件的裝配由于數量多，種類多，而且這些零件結構相似，拓撲相關，為此我們在標準件、成附件的設計中優先采用參數化的方法進行建模。同過Tools -〉Part Families… ，在Excel表里把各系列件的參數輸入，保存部件族， 后生成部件族的系列Part文件，得到該系列件的完整的部件族三維模型.一個部件家族成員

　　通過添加(add Existing…)已存在的這些標準件、成附件到裝配時，選擇某一系列尺寸(這些尺寸即該標準件建模的標準參數)后，把選中部件家族成員的系列件添加到裝配。(見圖)

　　1.2自上而下(Top-Down)設計裝配方法的應用 在單元體裝配中，我們可采用基于自上而下的參數化裝配建模技術，UG的裝配建模技術完全支持自上而下的設計方法，即先總體設計后詳細設計，局部設計決策服從總體設計決策，它采用Context Control技術支持在裝配環境中進行零件設計。配合使用UG/WAVE技術和部件間表達式(Interpart Expressions)技術，可以更好地體現設計人員的設計思想。

　　UG/WAVE技術的使用是符合參數化產品的設計過程和規則。WAVE技術的使用，不僅使得產品級的設計控制成為可能。而且為產品設計團隊的并行工作提供了一個良好的環境。UG/WAVE提供了解決了大型產品設計中的設計更改控制問題的方案，是面向產品級的并行工程技術。有利于提高設計重復利用率。其實現方法為利用UG的WAVE幾何鏈接器，抽取所需特征，通過實體建模方法，

　　UG的Interpart Expression 技術使用很方便地實現部件間的尺寸關聯，包括幾何表達式/數學表達式)的傳遞。其實現方法為在Expression中選取要關聯的變量;選取Creat link按鈕;在Select Part表中選取關聯目標文件;在彈出的表達式列表中找到關聯目標。

　　例如我們使用wave幾何鏈接器抽取機匣紅色面，通過特征建模，完成配合零件安裝邊的設計。(見圖)

　　在安裝邊與機匣的緊固螺栓的裝配中，我們采用Interpart Expressions技術，即是在某子裝配中在表達式中建立關鍵變量TheDia和Tol, 按Interpart Expression 技術的實現方法去關聯零部件(見圖)。

　　當改變關鍵變量直徑TheDia值為25時，在安裝邊與機匣的緊固螺栓的形狀也隨著改變，我們達到實現部件間的尺寸關聯的設計。(見圖)。

　　2.總體發動機裝配設計應用 利用自下而上設計方法建立總裝配，添加(add Existing…)已存在的單元體組件1，先采用絕對坐標系定位方法，利用點構造器安放組件，接著添加(add Existing…)已存在的單元體組件第二個、第三個、…組件利用配對方法(Mate) 。規定配對條件去固定組件位置。完成整機的總體裝配。

　　裝配約束反映了零件和子裝配件之間的幾何層次的機械關系，并對產品在實際裝配時提出要求。裝配約束應正確、完整，不相互沖突，保留運動件正確的空間運動自由度。不應添加多余的約束，如有時銷和基體并無周向定位要求，裝配建模者就不應進行定位。這一規定不適用于為保證聯接的正確性而特別設定的約束，如齒輪副的裝配、細節螺紋的裝配等。

　　裝配中所有約束條件(Mate condition)必須有效，防止出現未加載(Not Loaded)情況。

　　UG提供了八種裝配條件,貼合(Mate)、對齊(Align)、角度(Angle)、平行(Parallel)、垂直(perpendicular)、同心(Center)、距離(Distance)及相切(Tangent)。我們采用貼合(Mate)、對齊(Align)同心(Center)條件較多。

　　在4級透平和燃燒室裝配設計中，由20個逆流、環管式的火焰筒組成一個環形燃燒室并不是一個理論圓。在與4級透平裝配約束時采用同心(Center)和貼合(Mate)裝配約束出現裝配約束沖突，為此采取如下步驟：Assemblies → Components → Reposition Components，選取出現對話框中的7個圖標或使用動態坐標系拖動旋轉組件即可完成4級透平和燃燒室裝配。

　　針對不同級別組件，在進行某型燃機數字化樣機裝配中分別采用了不同的裝配建模設計方法，應用UG裝配建模的策略，嚴格執行裝配建模的原則，借助UG裝配的強大優勢，和大多數工程技術人員的共同努力，歷時一個月，完成了某型燃機數字化樣機裝配。(見圖)

　　六、總結

　　經過此次某型燃機數字化樣機裝配，掌握了UG裝配建模的使用方法，學會了裝配建模過程中解決不同的實際問題，作者深深體會到UG裝配建模的優越性和他的強大功能，它可大大的縮短產品的研制周期，節約產品的研制經費，減輕設計人員繁重的設計工作，節省研發時間，降低企業進行產品開發的風險投資。因此，進入新世紀后，數字化以其柔性好、響應快、質量高、成本低，正在成為先進制造技術的核心。