1.2 UG NX與CAD技術的發展歷程

在當今高效益、高效率、高技術競爭的時代，要適應瞬息萬變的市場要求，提高產品質量，縮短生產周期，最大限度地提供滿足客戶需求的產品和服務，就必須采用先進的設計和制造技術。產品設計技術的發展是機械制造業發展的主要因素，UG NX的發展歷程與CAD技術的發展存在密切的聯系。

1.2.1 UG NX的發展歷程

20世紀60年代，美國麥道飛機公司為了解決自動編程的問題，成立了專門的數控小組，研究成果逐步發展成為CAD/CAM一體化的UG軟件，在20世紀90年代被EDS公司收購，為通用汽車公司服務，2007年5月正式被西門子收購。因此，UG有著美國航空和汽車兩大產業的背景。自UG 19版以后，此產品更名為UG NX。UG NX是SIEMENS新一代數字化產品開發系統，它可以通過過程變更來驅動產品革新。

2002年發布UG NX 1，開始將I-deas與UG進行融合，之后每年推出一個新版本。2005年發布UG NX 4，UG NX 4以UG在數字化模擬和工程領域的領導地位為基礎，并特別針對產品式樣、設計、模擬和制造開發了新功能。它帶有數據遷移工具，對希望過渡到UG NX的I-deas用戶能夠提供很大的幫助。

2013年9月，Siemens PLM Software發布了UG NX 9正式版軟件。此版軟件除僅支持64位操作系統以外，最主要的是對用戶交互引入了Microsoft Ribbon方法，采用了同微軟Office 2010用戶界面一樣的Ribbon（帶狀工具條）功能區界面。此外還引入了UG NX“創意塑型”這種新方法來創建高度程式化的模型；對2D草圖繪制引入了同步技術概念，無須預先創建約束即可更改邏輯，還可以自動識別各種關系（如相切）。

2019年1月，正式發布UG NX 1847版本，該版本是UG NX的一個重大里程碑。“1847”是為紀念德國西門子集團創始于1847年，軟件以后將實現在線升級，UG NX將會自動檢查更新包，比較容易保持UG NX的最新版本，便于用戶了解軟件新功能以及性能改進。此外，該版本針對產品的各方面均有增強功能，可讓用戶在協同環境中工作的同時，提高產品開發和制造方面的生產效率。

1.2.2 CAD技術的發展歷程

CAD技術起步于20世紀50年代后期。發展初期，CAD的含義僅僅是圖板的替代品，即Computer Aided Drawing（or Drafting），而非現在的CAD（Computer Aided Design）所包含的全部內容。當時CAD技術的出發點是基于傳統的三視圖，通過在計算機屏幕上繪圖來表達零件外形，以圖樣為媒介進行技術交流，也就是二維計算機繪圖技術。

1.曲面造型技術

20世紀60年代出現的三維CAD系統只是極為簡單的線框式系統。這種初期的線框造型系統只能表達基本的幾何信息，不能有效表達幾何數據間的拓撲關系。由于缺乏形體的表面信息，CAM及CAE均無法實現。

進入20世紀70年代，正值飛機和汽車工業的蓬勃發展時期。此間飛機及汽車制造中遇到了大量的自由曲面問題，當時只能采用多截面視圖、特征緯線的方式來近似表達所設計的自由曲面。由于三視圖方法表達的不完整性，經常發生設計完成后，制作出來的樣品與設計者所想象的有很大差異甚至完全不同的情況。法國的達索飛機制造公司在二維繪圖系統的基礎上，推出了三維曲面造型系統CATIA，標志著計算機輔助設計技術從單純模仿工程圖樣的三視圖模式中解放出來，首次實現了以計算機完整描述產品零件的主要信息。

曲面造型系統帶來的技術革新，使汽車開發手段比舊的模式有了質的飛躍，新車型開發速度也大幅度提高，許多車型的開發周期由原來的六年縮短到三年。CAD技術給使用者帶來了巨大的好處及頗豐的收益，汽車工業開始大量采用CAD技術。

2.實體造型技術

20世紀70年代末到80年代初，由于計算機技術的迅猛發展，CAE、CAM技術也開始有了較大發展。SDRC公司在“星球大戰”計劃的背景下，在CAD技術方面也有了許多開拓；UG則著重在曲面技術的基礎上發展CAM技術，用以滿足麥道飛機零部件的加工需求；CV和CALMA則將主要精力都放在CAD市場份額的爭奪上。

但是新技術的發展往往是曲折和不平衡的。實體造型技術既帶來了算法的改進和未來發展的希望，也帶來了數據計算量的極度膨脹。在當時的硬件條件下，實體造型的計算及顯示速度很慢，在實際應用中做設計顯得比較勉強。由于以實體模型為前提的CAE本來就屬于較高層次技術，普及面較窄，反響還不強烈；另外，在算法和系統效率的矛盾面前，許多贊成實體造型技術的公司并沒有大力去開發它，而是轉去攻克相對容易實現的表面模型技術。各公司的技術取向再度分道揚鑣。實體造型技術也因此沒能迅速在整個行業全面推廣開。

3.參數化技術

如果說在此之前的造型技術都屬于無約束自由造型的話，進入20世紀80年代中期，有人提出了一種比無約束自由造型更新穎、更好的算法——參數化實體造型方法。這個時期，計算機技術迅猛發展，硬件成本大幅度下降，CAD技術的硬件平臺成本從二十幾萬美元降到只需幾萬美元。一個更加廣闊的CAD市場完全展開，很多中小型企業也開始有能力使用CAD技術。進入20世紀90年代，參數化技術逐漸成熟，充分體現出其在許多通用件、零部件設計上存在的簡便易行的優勢。可以認為，參數化技術的應用主導了CAD發展史上的第三次技術革命。

CAD技術基礎理論的每次重大進展，無一不帶動了CAD/CAM/CAE整體技術的提高以及制造手段的更新。技術發展，永無止境。沒有一種技術是常青樹，CAD技術一直處于不斷的發展與探索之中。正是這種此消彼長的互動與交替，造就了今天CAD技術的興旺與繁榮，促進了工業的高速發展。

1.2.3 基于UG NX的產品設計過程

基于UG NX軟件可完成產品的創意設計、數字樣機設計與虛擬裝配，產品加工可完成手工編程，也可利用增材制造手段快速制造產品原型，從而對新品進行全方位的評估和預判，為量產做好準備。

產品設計不僅是三維數字模型設計，還包括產品的工藝設計和生產管理。產品設計的一般過程分為兩大部分：準備工作和設計工作。

1.準備工作

1）了解設計目標和設計資源。

2）搜索可以使用的設計數據。

3）定義關鍵參數和結構草圖。

4）了解產品的裝配結構。

5）編寫設計說明書。

6）保存相關的設計數據和設計說明書。

2.設計工作

1）建立主要的產品裝配結構。使用自上而下的設計方法，建立產品裝配結構。如果一些原有的設計可用于現在的設計操作，則將其納入產品裝配樹中。

2）定義產品設計的主要控制參數和主要設計結構。這些模型數據將被用于以后的零部件設計，同時用于最終產品的控制和修改。

3）將以上參數引入相關下屬零部件的設計文件中。

4）對不同的子部件和零件進行細節設計。

5）在零件設計過程中，檢查各零部件，并在需要時做適當修改。

綜上所述，產品設計流程如圖1-9所示。

1.2.4 三維模型設計方法

1.UG NX建模模式

UG NX建模將傳統的顯式幾何建模和基于約束的草圖及參數化特征建模無縫地集合為一體，形成了復合建模功能。UG NX建模模式主要如下。

1）顯式建模：顯式建模是非參數化建模，對象是相對于模型空間而不是相對于彼此建立的。對一個或多個對象所做的改變不影響其他對象或最終模型。

2）參數化建模：一個參數化模型為了進一步編輯，將用于模型定義的參數值隨模型存儲。參數可以彼此引用，以建立模型各個特征間的關系。例如，設計者的意圖可以是孔的深度總是等于凸臺的高度。

3）基于約束的建模：模型的幾何體是由作用到定義模型幾何體的一組設計規則（稱之為約束）來驅動或求解的。這些約束可以是尺寸約束（如草圖尺寸或定位尺寸）或幾何約束（如平行或相切）。設計者的意圖使設計改變時仍保持約束，如相切、正交等。

2.UG NX建模步驟

1）建立一個新的UG NX部件文件或打開一個已存在的部件文件。

2）選擇一個應用：選擇“應用模塊”→“建模”/“裝配”…命令。

3）檢查/預設置參數：選擇“首選項”→“對象”/“建模”/“草圖”…命令。

4）建立少數關鍵設計變量：選擇“工具”→“表達式”…命令。

5）建立對象：選擇“主頁”→“直接草圖”/“特征”…命令。

6）分析對象：選擇“分析”→“測量”/“曲線分析”…命令。

7）修改對象：選擇“編輯”→“特征”…命令。

8）保存UG NX部件文件：選擇“文件”→“保存”命令。