UG NX3三维CAD应用于产品设计

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1. 凯马南柴三维CAD应用背景
南昌凯马柴油机有限公司(原南昌柴油机有限责任公司)简称“凯马南柴”，是目前国内柴油机主导生产企业，主要产品有2105Ａ、X105、X110、NC110、NK115系列柴油机及柴油发电机组等200多个品种和规格的产品。柴油机功率覆盖从17.7kW到147kW，柴油发电机组功率覆盖从5kW到500kW，产品广泛应用于工程机械、船舶、电站、联合收割机、拖拉机等行业，远销东南亚、中东、非洲、南美洲等,年销售额3亿元。我公司成立于1955年，有着多年的柴油机设计制造历史，产品分获国家质量奖、国家科技进步奖、及部省级优秀产品奖。随着企业的不断发展，市场对产品性能要求越来越高，产品品种越来越多，产品开发周期越来越短，同时还要控制设计制造成本，技术开发工作面临不断的挑战。随着企业信息化建设的发展,我们在设计工作中先是使用二维CAD设计软件，而后又引进了开目CAPP、PDM软件，产品设计及产品数据管理手段有了很大提升，今年我公司又引进了UG NX3三维CAD软件，产品设计手段、设计效率有了质的飞跃。
1 P( b# g  U; e2. 凯马南柴软件的选型过程
柴油机行业竞争日益激烈，产品开发的手段及产品更新换代的速度都将对企业的发展产生至关重要的影响，而这都离不开三维开发平台做保证。为此，我公司成立了以副总经理挂帅的“三维CAD项目组”，负责三维CAD软件调研、选型、实施及推广应用，以确保“三维CAD项目”成功实施，
当前，在我国MCAD市场上占据主流的、统治地位的是国外MCAD软件。通过近几年的发展，国内已涌现出以CAXA、Solid 3000为代表的MCAD产品，但在从软件架构和软件成熟度方面，与国外MCAD软件尚有很大差距，尤其表现在复杂产品的系统级数字化设计、制造过程之中。当前，国外MCAD主要分为四大谱系：一、法国达索（Dassault）公司和美国IBM公司系列产品：CATIA V4、CATIA V5、Solidworks等。二、美国PTC公司，PRO/Engineering。三、美国UGS公司，UGNX 和I-DEAS、Solidege是该公司MCAD代表。四、美国Autodesk公司， MDT、INVENTOR。
6 O% R4 P  E9 z7 P+ e* W* Y三维软件从功能来看，分为高端、中端、低端三个档次以适合不同用户的需求。高端有UG、PRO/E、CATIA等；中端有Solidege、Solidworks、INVENTOR等；低端有MDT、CAXA、Solid 3000等。
4 q. n0 P. x* H7 b0 T, c5 U) a结合我公司柴油机特点、柴油机行业CAD软件的应用情况及公司在三维CAD项目中的预算，我们最后选定了UG NX3三维CAD软件。而后，我们跟多个UG代理商接触，考虑到各代理商资质、企业背景、成功案例及其所作方案的可行性，最后我们选择了上海同捷数字化技术有限公司作为合作伙伴。
* [& \2 p1 h8 h# X8 |) h: p3. 凯马南柴NX软件的选型实施过程
为了使公司更好地实施UG NX3三维CAD项目，本人作为信息化主管，先期自学了UG NX3，并积极地寻求软件代理商的帮助，做到对UG NX3 有一个宏观的认识，为以后软件模块配置、软件培训内容等作好技术准备，上海同捷数字化技术有限公司给予了我们大力帮助。软件供应商提供了面向公司广大技术人员的基础培训及面向UG系统管理员的高级培训。UG系统管理员建立UG种子文件、设置统一用户默认环境并建立UG建模规范，并得到技术人员的广泛支持与应用。UG种子文件应包含：图层设置、线型、颜色、文本字体和字符集、引用集、part文件的属性、表达式、精度等内容。设置统一用户默认环境，先在一台计算机上设置符合国标的UG默认设置，并将此设置导出某一文件（*.dpv），然后在每一个UG站点导入此文件，保证了统一的UG默认建模环境。UG建模规范作为技术人员应用UG建模必须始终贯彻的标准，UG建模规范包含建模、装配、制图、数据检查等内容的总和，其中建模（包括装配建模）和制图规范是核心内容，以保证三维模型数据的正确性、设计的相关性和一致性、模型的可编辑性、数据的可靠性、设计数据的完整性。
4. 凯马南柴NX软件在新产品开发应用过程
0 b2 N7 v6 ^- R! y0 i, jUG NX3更加注重团队的协调一致的工作，在实际应用中，利用UG的虚拟装配技术已基本完成新产品NC6110G-22型柴油机的设计。在设计过程中，以Top-down设计方法为主线，适当的结合Bottom-up设计方法，从整体到局部来完成整个设计过程。整个产品设计过程如图1。
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图1 NC6110G-22型柴油机建模技术路线
, [1 ~0 D5 u0 s+ A, _4 F7 `- e在NC6110G-22型柴油机的设计过程中严格贯彻UG建模规范，控制模型质量能达到以下基本要求：
* 正确性：模型应准确反映设计意图，对其内容的技术要求理解不能有任何歧义。要确立“面向制造”的新的设计理念，充分考虑模具设计、工艺制造等下游用户的应用要求，做到与实际的加工过程基本匹配。
# z; b/ ?' n" ?6 ~6 j2 \* 相关性和一致性：应用主模型原理和方法，进行相关参数化建模，正确体现数据的内在关联关系，保证三维模型数据在产品数据链中的唯一性、一致性并能正确传递。
* 可编辑性：模型能编辑修改，整个建模过程可以回放（Playback）。模型可被重用和相互操作。重用性和相互操作性是由可编辑性派生出来的重要特性。
2 i7 m, Z# F$ E, B) z5 x+ n% i* 可靠性：模型通过了UG的几何质量检查，拓扑关系正确，实体严格交接，内部无空洞，外部无细缝，无细小台阶。模型文件大小得到有效控制，模型没含有多余的特征、空的组和其他过期的特征，总能在任何情况下正确的打开。
NC6110G-22型柴油机数字样机见图2、图3。应用UG NX3建立NC6110G-22数字样机，可以直观地反映产品结构组成；能精确地获得零部件的重量；能轻松检查出零部件的干涉问题；能自动地生成二维、三维相关联的工程图。
通过成功实施UG NX3三维CAD项目，我公司获得江西省“三维CAD应用示范企业”荣誉称号，为企业进一步拓展CAD应用，加快企业信息化步伐提供了强有力的推动力。
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图2 NC6110G-22型柴油机正面 图3 NC6110G-22型柴油机背面
5.凯马南柴技术信息化建设工作进一步展望
UG NX3是一个CAD/CAE/CAM/PLM紧密集成的一体化高端软件。要熟练掌握应UG NX3，必须经过必要的技术培训和实践锻炼。三维CAD项目也应按照“需求牵引，效益驱动，总体规划，分步实施” 的指导思想逐渐完善。
+ X$ v  E: ^, X0 n) V+ o2 z# K# G零部件三维模型及虚拟装配模型是产品数字化样机的基础，运动仿真分析、结构力学分析、高级渲染、CAM及可管理的数字化开发环境（PLM）将凯马南柴技术信息化建设的拓展方向，有助于解决零部件从设计到生产所出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本以及优化产品性能等目的。
4 P# J. [. e. }; v* Z6.该项目的启示
UG NX3三维CAD软件在NC6110G-22型柴油机应用是我公司设计工作利用先进软件技术提高工作效率，工作质量的一次很有意义的尝试，使设计工作变得生动、直观、高效。目前三维CAD软件在机械设计中已经得到越来越广泛的应用，我们使用三维CAD软件的时间还不长，还有许多要提高的地方。通过该项目的实施，我们有以下心得：
* 应遵循先规范后设计的原则。
( b0 ]; E" ?6 h* 三维模型是UG NX3 的核心数据，应坚持主模型原理建模。
* 一切以产品为中心，选择有广泛行业用户的CAD软件。
! y8 e+ t) K8 Q* 软件实施循序渐进，根据实施阶段，购置相应软件模块。
( H" |; T6 ?! A  v3 q" ~$ r* 选择有技术实力和广泛成功客户的CAD软件供应商。
1. 凯马南柴三维CAD应用背景
- O6 o, N; D0 h% b9 `8 w南昌凯马柴油机有限公司(原南昌柴油机有限责任公司)简称“凯马南柴”，是目前国内柴油机主导生产企业，主要产品有2105Ａ、X105、X110、NC110、NK115系列柴油机及柴油发电机组等200多个品种和规格的产品。柴油机功率覆盖从17.7kW到147kW，柴油发电机组功率覆盖从5kW到500kW，产品广泛应用于工程机械、船舶、电站、联合收割机、拖拉机等行业，远销东南亚、中东、非洲、南美洲等,年销售额3亿元。我公司成立于1955年，有着多年的柴油机设计制造历史，产品分获国家质量奖、国家科技进步奖、及部省级优秀产品奖。随着企业的不断发展，市场对产品性能要求越来越高，产品品种越来越多，产品开发周期越来越短，同时还要控制设计制造成本，技术开发工作面临不断的挑战。随着企业信息化建设的发展,我们在设计工作中先是使用二维CAD设计软件，而后又引进了开目CAPP、PDM软件，产品设计及产品数据管理手段有了很大提升，今年我公司又引进了UG NX3三维CAD软件，产品设计手段、设计效率有了质的飞跃。
1 e6 r" R6 o& Q2 a3 |4 P3 b2. 凯马南柴软件的选型过程
" o  L7 E6 i/ N% S柴油机行业竞争日益激烈，产品开发的手段及产品更新换代的速度都将对企业的发展产生至关重要的影响，而这都离不开三维开发平台做保证。为此，我公司成立了以副总经理挂帅的“三维CAD项目组”，负责三维CAD软件调研、选型、实施及推广应用，以确保“三维CAD项目”成功实施，
9 O. @9 ~$ Y7 ]2 Y) R& u5 l当前，在我国MCAD市场上占据主流的、统治地位的是国外MCAD软件。通过近几年的发展，国内已涌现出以CAXA、Solid 3000为代表的MCAD产品，但在从软件架构和软件成熟度方面，与国外MCAD软件尚有很大差距，尤其表现在复杂产品的系统级数字化设计、制造过程之中。当前，国外MCAD主要分为四大谱系：一、法国达索（Dassault）公司和美国IBM公司系列产品：CATIA V4、CATIA V5、Solidworks等。二、美国PTC公司，PRO/Engineering。三、美国UGS公司，UGNX 和I-DEAS、Solidege是该公司MCAD代表。四、美国Autodesk公司， MDT、INVENTOR。
三维软件从功能来看，分为高端、中端、低端三个档次以适合不同用户的需求。高端有UG、PRO/E、CATIA等；中端有Solidege、Solidworks、INVENTOR等；低端有MDT、CAXA、Solid 3000等。
结合我公司柴油机特点、柴油机行业CAD软件的应用情况及公司在三维CAD项目中的预算，我们最后选定了UG NX3三维CAD软件。而后，我们跟多个UG代理商接触，考虑到各代理商资质、企业背景、成功案例及其所作方案的可行性，最后我们选择了上海同捷数字化技术有限公司作为合作伙伴。
3. 凯马南柴NX软件的选型实施过程
为了使公司更好地实施UG NX3三维CAD项目，本人作为信息化主管，先期自学了UG NX3，并积极地寻求软件代理商的帮助，做到对UG NX3 有一个宏观的认识，为以后软件模块配置、软件培训内容等作好技术准备，上海同捷数字化技术有限公司给予了我们大力帮助。软件供应商提供了面向公司广大技术人员的基础培训及面向UG系统管理员的高级培训。UG系统管理员建立UG种子文件、设置统一用户默认环境并建立UG建模规范，并得到技术人员的广泛支持与应用。UG种子文件应包含：图层设置、线型、颜色、文本字体和字符集、引用集、part文件的属性、表达式、精度等内容。设置统一用户默认环境，先在一台计算机上设置符合国标的UG默认设置，并将此设置导出某一文件（*.dpv），然后在每一个UG站点导入此文件，保证了统一的UG默认建模环境。UG建模规范作为技术人员应用UG建模必须始终贯彻的标准，UG建模规范包含建模、装配、制图、数据检查等内容的总和，其中建模（包括装配建模）和制图规范是核心内容，以保证三维模型数据的正确性、设计的相关性和一致性、模型的可编辑性、数据的可靠性、设计数据的完整性。
4. 凯马南柴NX软件在新产品开发应用过程
+ T, o( Y: B, J: G& p4 aUG NX3更加注重团队的协调一致的工作，在实际应用中，利用UG的虚拟装配技术已基本完成新产品NC6110G-22型柴油机的设计。在设计过程中，以Top-down设计方法为主线，适当的结合Bottom-up设计方法，从整体到局部来完成整个设计过程。整个产品设计过程如图1。

: h6 F7 b, P: r7 Z图1 NC6110G-22型柴油机建模技术路线
( J. I% K! o: D+ E& t: e在NC6110G-22型柴油机的设计过程中严格贯彻UG建模规范，控制模型质量能达到以下基本要求：
* 正确性：模型应准确反映设计意图，对其内容的技术要求理解不能有任何歧义。要确立“面向制造”的新的设计理念，充分考虑模具设计、工艺制造等下游用户的应用要求，做到与实际的加工过程基本匹配。
* 相关性和一致性：应用主模型原理和方法，进行相关参数化建模，正确体现数据的内在关联关系，保证三维模型数据在产品数据链中的唯一性、一致性并能正确传递。
* 可编辑性：模型能编辑修改，整个建模过程可以回放（Playback）。模型可被重用和相互操作。重用性和相互操作性是由可编辑性派生出来的重要特性。
* 可靠性：模型通过了UG的几何质量检查，拓扑关系正确，实体严格交接，内部无空洞，外部无细缝，无细小台阶。模型文件大小得到有效控制，模型没含有多余的特征、空的组和其他过期的特征，总能在任何情况下正确的打开。
- k% ~3 U9 {! }( M* s7 ?NC6110G-22型柴油机数字样机见图2、图3。应用UG NX3建立NC6110G-22数字样机，可以直观地反映产品结构组成；能精确地获得零部件的重量；能轻松检查出零部件的干涉问题；能自动地生成二维、三维相关联的工程图。
! L  S3 w* r8 g( `# n+ o通过成功实施UG NX3三维CAD项目，我公司获得江西省“三维CAD应用示范企业”荣誉称号，为企业进一步拓展CAD应用，加快企业信息化步伐提供了强有力的推动力。
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图2 NC6110G-22型柴油机正面 图3 NC6110G-22型柴油机背面
5.凯马南柴技术信息化建设工作进一步展望
5 @  A) g& ]" m0 p, t8 |UG NX3是一个CAD/CAE/CAM/PLM紧密集成的一体化高端软件。要熟练掌握应UG NX3，必须经过必要的技术培训和实践锻炼。三维CAD项目也应按照“需求牵引，效益驱动，总体规划，分步实施” 的指导思想逐渐完善。
$ S8 c; ^1 j6 }# |, m! b: Y' I零部件三维模型及虚拟装配模型是产品数字化样机的基础，运动仿真分析、结构力学分析、高级渲染、CAM及可管理的数字化开发环境（PLM）将凯马南柴技术信息化建设的拓展方向，有助于解决零部件从设计到生产所出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本以及优化产品性能等目的。
6.该项目的启示
UG NX3三维CAD软件在NC6110G-22型柴油机应用是我公司设计工作利用先进软件技术提高工作效率，工作质量的一次很有意义的尝试，使设计工作变得生动、直观、高效。目前三维CAD软件在机械设计中已经得到越来越广泛的应用，我们使用三维CAD软件的时间还不长，还有许多要提高的地方。通过该项目的实施，我们有以下心得：
/ P) O0 F) T1 d* K0 ?* 应遵循先规范后设计的原则。
* 三维模型是UG NX3 的核心数据，应坚持主模型原理建模。
. b$ }# \. C0 [7 B: A) Z1 S& E* 一切以产品为中心，选择有广泛行业用户的CAD软件。
* 软件实施循序渐进，根据实施阶段，购置相应软件模块。
* U$ l& U; V9 Q1 F* 选择有技术实力和广泛成功客户的CAD软件供应商。
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