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UGS企业PLM解决方案与NX

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2020年4月19日
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第1篇 入 门
第1章 绪 论
1.1 UGS 企业PLM 解决方案与NX
1.1.1 产品生命周期管理( PLM) 解决方案
UGS产品生命周期管理解决方案如图1-1所示。

图1-1 UGS PLM解决方案
PLM Solutions 软件解决方案的目标是改进产品生命周期管理, 主要包括以下几个 方面:
· 减少产品上市时间, 实现产品创新。
· 减少开发成本。
· 捕捉和再使用知识。
UGS PLM Solutions主要产品系列包括:
· NX: 转变产品开发。
· Tecnomatix: 转变制造和生产。
· PLM Components: 为了标准化和协同工作能力开放的解决方案。
· Teamcenter: 捕捉和共享产品知识。
· Solid Edge: 将竞争的优势进展到三维。
1.1.2 NX转变产品开发过程
NX 产品系列功能是转变产品开发过程、 实现数字化产品开发。如图1-2所示, 它涉及产品设计、 仿真和制造中开发过程的全范围, 包括产品概念设计、 式样造型设计、 结构细节设计、 性能仿真、 工装设计和加工。

图1-2 NX 转变产品开发过程
1.1.3 NX特点
NX 是一个交互的计算机辅助设计、 计算机辅助制造和计算机辅助工程( CAD/ CAM/CAE) 系统。CAD 功能自动化是在今天制造公司中见到的一般工程、 设计和制图能力; CAM 功能利用NX描述完成零件的设计模型, 为现代机床提供NC 编程; CAE 功能横越一广范围的工程学科, 提供许多的产品、 装配和零件的性能仿真能力。
NX是一全三维、 双精度系统, 它允许用户精确地描述几乎任一几何形状。经过组合这些形状, 用户能够设计、 分析产品和建立她们的工程图。
一旦设计完成, 制造应用允许用户选择描述零件的几何体, 加入制造信息, 如刀具直径并自动生成一刀具位置, 源文件( CLSF) , 它可被用来驱动大多数NC机床。
NX特点如下:
· 知识驱动自动化: 确保业界最佳实践可重复性和运用企业的专门技术。
· 基于系统的建模: 能够再使用覆盖很复杂的产品工程信息。
· 集成的协作: 运用产品开发团队所有成员的创新。
· 开放式的设计: 经过无缝的信息通信集成供应商链。
· 生产证实的应用: 集成从概念设计到制造的完整的工程生命周期。
NX4 是UGS 旗帜产品开发解决方案的最近的主要版本。此版本带来大量的支持产品和过程创新的新的计算机辅助设计、 计算机辅助工程和计算机辅助制造( CAD/CAE/CAM) 能力。
NX4的特点如下:
· 为了数字化产品开发集成的自动化。
· 在所有开发学科中的新能力, 包括工业设计、 仿真、 工装、 加工和管理。
· 在一个全面的产品生命周期管理( PLM) 解决力案内的领先前沿的CAD、 CAE和CAM技术。
NX4的优点如下:
· 支持在产品和过程中的创新。
· 使得能够实现产品开发的转变。
· 经过协作、 自动化和重用资源, 减少开发时间和成本。
· 用仿真、 确认和优化改进质量和性能。
1.2 NX应用模块
NX功能被划分成共同功能的一系列”应用( Application) ”, 如图1-3所示。这些应用由一个称为NX Gateway的首要必备的应用支持。每一个NX用户必须有 NX Gateway, 其它是可选项, 并可被配置以适合于每一个个别用户的需求。

图1-3 NX 应用下拉菜单与工具条
1.2.1 设计输入
经过打开一部件文件和从菜单栏选择一个应用与NX交互。初始程序是从菜单栏选择一选项, 然后响应显示的对话框, 在NX主应用窗口内建立设计, 如图1-4所示。

图1-4 初始程序
利用NX, 能够建立、 存储、 恢复和操纵设计与制造信息, 典型地经过建立描述一零件的几何体开始工作。NX 系统允许用户建立零件的全三维模型, 它能够永久地被存储。存储的部件随后可用于:
· 产生全尺寸的工程图。
· 生成NC 加工指令。
· 生成分析过程如有限元分析的输入。
一个部件是由在设计过程中创立的对象组成。对象有以下分类:
· 几何对象: 点、 曲线和片体。
· 文本对象: 注释、 标记和尺寸。
· 属性: 颜色、 线型与线宽。
在NX中, 对象按照欧几里得几何学协定建立( 即线没有宽度, 点没有大小等) 。
1.2.2 应用模块简介
1. 入口( Gateway)
Gateway 允许打开已存部件文件、 建立新部件文件、 存储部件文件、 绘制工程图和屏幕布局、 读入和写出各种类型文件和其它通用功能。它也提供统一的视图显示操作 屏幕布局和层功能、 工作坐标系( WCS) 操纵、 对象信息和分析及存取在线帮助。
Gateway 是对所有其它交互应用的首要必备的应用。当打开NX时, 它是用户进入的第一个应用。经过应用下拉菜单选择它, 能够在任何时候从其它应用返回Gateway。
2．建模( Modeling)
( 1) 实体建模( Solid Modeling)
这个通用的建模应用支持二维和三维线框模型、 扫掠和旋转体的建立、 布尔操作和基本的相关编辑。实体建模是特征建模与自由形状建模的首要必备的应用。
( 2) 特征建模( Features Modeling)
这个基于特征的建模应用支持标准的设计特征( Design Features) , 如孔、 键槽和型腔的建立与相关编辑。它允许用户挖空实体模型并建立薄壁对象。一个特征能够相对于任一其它特征定位, 对象能够被实例引用建立关联的特征集。
( 3) 自由形状建模( Free-Form Modeling)
这个复杂形状建模应用支持复杂曲面和实体模型的建立。某些可用的技术是通用的沿曲线扫掠; 利用1、 2和3 轨道方法按比例地展开形状; 利用标准的二次曲线方法放样成形; 点和曲线网格。
( 4) 钣金特征建模( Sheet Metal Feature Modeling)
这个基于特征的建模应用支持专门钣金特征, 如弯边 肋骨和与位于它们下面曲面形状一致的剪切口的建立。这些特征能够在钣金设计应用中被操纵, 仿真零件的成形与展平。这个实践允许在设计时合并制造概念的设计到用户的部件中。实体建模与钣金设计是对某些应用的首要必备的应用。
( 5) 用户定义特征( User-Defined Features)
此应用提供一交互的方法去捕捉和存储部件家族, 为了利用一用户定义特征( UDF) 概念方便地恢复和编辑。当启动时它允许取一个利用标准NX建模工具建立的已存相关实体模型和在参数间建立的关系、 定义特征变量、 设置默认值和决定通用形状, 获得特征。经过任何人利用特征建模应用能够存取驻留在一库中的已存UDFs。
3. 装配 ( Assemblies)
此应用支持”自顶向下( top-down) ”和”从底向上( bottom-up) ”装配建模, 它提供对装配层级的快速往返移动并允许直接存取任一组件或子-装配的设计模型。它支持”在上下文中设计”的方法, 在此方法中当工作在装配的上下文中时, 能够对任一组件的设计模型做改变。
4. 几何公差模块 ( Geometric Tolerancing Module)
几何公差模块也称为”几何尺寸与公差GD&T”, 它让用户捕捉公差。
5. 产品和制造信息( PMI Introduction)
产品和制造信息( PMI) 是一组注释工具, 它能够用于在三维环境中对产品形成文档说明。它允许用户定义比在二维工程图上更有用的信息, 例如每个PMI对象能够有关联的几何体, 因此传递信息到下游应用。

PMI 对象包括:
· 3D尺寸。
· 基准( 也称为基准特征符号) 。
· 基准目标。
· 特征控制框架。
· 3D 注释。
· 注解。
· 几何公差。
· 安全记号。
· 用户定义的PMI。
当在其它应用中, 如Gateway和Modeling , 能够使用PMI 应用。
6. 分析( Analysis)
( 1) 注塑模流动分析( Moldflow)
此应用用于分析在一注射模中熔化塑料的流动, 在部件中构建一有限元网格并描述模具与塑料条件。分析包能够重复地运行以决定最适宜条件, 产生表格式和图解两种结果。此应用节约设计、 模具制造和材料成本。
( 2) 运动应用( Motion Application)
此应用提供成熟的、 完善的、 灵活的和广泛的建模能力, 它致力于机构联接设计的所有方面, 从概念( 综合) 到仿真原型( 消隐的表面动画) 。它的完全的设计和编辑能力允许用户开发任一 N-连杆机构、 执行运动学分析和以多种格式提供可了解的分析结果。此应用也提供了一个到第三方动态分析程序的界面。
( 3) Generative Modeling( ICAD)
此应用能实现在ICAD和NX间线框和实体几何体的双向转换。ICAD 是一个基于知识的工程系统, 它允许产品模型信息( 物理属性如几何体、 材料类型和功能的约束) 的符号描述和处理信息( 如分析、 制造和测试) 。
7. 制图( Drafting)
制图应用允许用户从在一建模应用中建立三维模型或利用构入内部的曲线/草图工具建立二维工程图。制图支持图布局的自动建立, 包括正交视图投射、 剖截视图、 辅助和细节视图以及等角图, 也支持视图相关和自动消隐线编辑。
8. 高质量图像( High Quality Image)
高质量图像模块提供附加的图像能力到 View→ Visualization →High Quality Image 选项, 结果生成逼真照片的图像。逼真照片的图像呈现附加的视觉信息, 如反射、 透明度、 颜色和纹理, 使在屏幕上的图像更像是一真实部件的照片。高质量图像可用于产品原型、 市场可视图像或简化为上好的通信工具。
9. 知识熔接( Knowledge Fusion)
NX知识熔接应用提供一图形用户界面, 允许用户应用工程知识驱动规则和设计意图到NX中的几何模型和装配。
能够触发Knowledge Fusion 应用到接通和关断, 它提供KF用户一个更好的开发环境, 它也防止不期待使用KF的新用户由KF菜单选项引起的困惑。
NX 提供一默认客户来控制当退出NX和再启动NX时恢复它到哪个设置及NX是否存储KF的当前状态( 触发到On 或Off) 。
10. 制造( Manufacturing)
( 1) 基本加工和编辑( Basic Machining and Editing)
此应用支持对NC 加工的CLSFs的建立与编辑, 它也含有执行点到点和类似APT驱动曲线加工操作的软件。
( 2) 铣( Mill)
此应用提供专门铣轮廓和铣型腔交互操作的能力( 2轴和2.5轴加工) 。
( 3) 多轴铣( Multi-Axis Mill)
此应用提供专门复杂铣交互操作的能力( 3轴和5轴加工) 。
( 4) 车( Lathe)
此应用提供专门车交互操作的能力( 粗车、 精车、 钻孔、 车沟槽和螺纹) 。
( 5) 图形后置处理器应用( GPM/MDFG)
图形后置处理器应用( GPM) 支持适合专门机床/控制器组合的输入需求刀轨格式化。机床数据文件生成器( MDFG) 是一生成要求的MDFs的菜单驱动程序。
11. 开放的用户界面设计( Open User Interface Styler)
开放的用户界面设计模块允许用户和第三方开发商生成NX对话框。它是一个呈现一可视的构建器开发工具, 允许开发者正确地构建NX 对话框和生成一装入与建立一对话框相关代码的文件。它不需在图形用户界面下的综合知识。当提供NX对话框的外表与感觉时, 开放的用户界面设计模块从GUI编程细节隔离API 编程员。
12. 编程语言( Programming Languages)
( 1) 图形交互编程( Graphics Interactive Programming, GRIP)
GRIP 是一种在许多情况下类似FORTRAN的编程语言, 它使用类似英文单词的词汇。GRIP 能够执行在NX中的大部分操作和相关应用。在某些情况下, GRIP 可用于执行高级的定制操作, 比在交互的NX中更有效。
( 2) NX开放的C和C++ API编程( NX Open C and C++ API Programming)
开放的C和C++ API( 先前称为 User Function) 是一编程界面, 它能实现开发与NX组元、 文件和对象数据交互。
13. 质量控制( Quality Control)
( 1) VALISYS
这组9个应用是经过内部的、 开放的C和C++ API 集成到NX中的。它提供离散制造部件的质量分析( QA: 检查、 校核、 跟踪等) , 特别是经过几何尺寸和公差。
( 2) DMIS
此应用允许一质量工程师从NX几何体为坐标测量机( CMM) 编制检查路径和从测量数据生成NX几何体。
14. 走线( Routing)
定义围绕和经过其它NX装配的装配。例如, 在一飞机发动机内, 管道和管子是从燃料箱被发送到围绕发动机的不同注射点, 或在一汽车内, 要求配线提供动力到电气视窗。
走线选择包括管道( Piping) 、 管子、 钢铁架( Steelwork) 、 导管( Conduit) 、 通道( Raceway) 、 配线( Wiring) 和基础。
15. 钣金( Sheet Metal)
( 1) 钣金设计( Sheet Metal Design)
钣金设计是一基于实体的应用, 它聚焦于钣金零件的加工设计, 定义成形表和弯边顺序表, 以及重组计入材料变形特性的实体模型。从实体、 片体和线框几何体生成为下游应用的精确的展平图样数据。
( 2) 冲压( Punch Press)
此应用能够建立一NX CLSF , 它利用编程技术和对与一等离子弧( Plasma Arc) 或激光辅助头组合编程NC冲床唯一的后置处理命令。Punch Press 包括在NX 加工应用中找不到的加工技术, 如圆形、 正方形、 矩形或椭圆形冲孔。
( 3) 多-零件加工的栅格( Grids for Multi-Part Tooling)
此应用提供一快速与方便的方法来交互地拟合零件在一矩形栅格中, 并建立冲压、 激光、 火焰或铣刀具。
16. 电子表格( Spreadsheet)
电子表格程序提供一在Xess或Excel 电子表格应用和NX间的智能界面。能够利用电子表格来完成以下工作:
· 从一标准的表格布局构建一个主题的变异或零件家族。
· 用电子表格计算优化几何体。
· 用分析的情节增加模型设计。
· 集成业务发布, 如由部件设计的成本分析。
编辑NX复合建模的表示式提供在NX和Xess电子表格间概念模型数据的无缝传递。
17.  Web Express
Web Express 允许从在一NX部件文件中的数据生成HTML文件( 超文本标记语言) 。用户能够利用Web Express, 它基本上是一HTML出版功能, 为一零件或一装配建立详细的文档。生成的文档能够从任一Web 浏览器观看。它能够获得一广泛的数据范围, 从电子表格到着色图像和VRML数据。
18.  Wire Harness
使电气系统设计师能在用于描述产品机械装配的同一三维空间建立电气布线的表示。Harness 定位所有相关的电气元件在机械装配内, 建立一建议的Harness 路径中心线, 然后发送所有要求的导线从一端到另一端, 允许在同一环境中建立和维护包装设计和Harness安装图。
1.3 系 统 协 定
表1-1描述了用于整个系统的几个NX协定。
表1-1 系统的NX协定
协 定
描 述
坐标系
NX 允许为构建其它几何体去定义平面与坐标系。平面与坐标系完全独立于观察方向。几何体能够被建立在不平行于屏幕的平面上
当一新模型启动时, 使用的坐标系是绝对坐标系或模型空间。观察方向+Z轴朝向原点。能够定义其它坐标系, 但一个称为工作坐标系( WCS) 的特别坐标系被用于构建模型
角度测量
NX 在一逆时针方向从+ X( 或 XC) 轴到+Y( 或YC) 轴测量角度
角度测量按度和度的十进制小数加入。当加入一正值时, 角度逆时针从+X轴或一基线测量。当加入一负值时, 系统显示一负号( -) , 指示动作在一顺时针方向

右手规则
右手规则用于决定旋转方向和坐标系的方位, 此规则也决定顺时针和逆时针方向

1.4 常规的右手规则
常规的右手规则是: 如果坐标系原点是在右手掌中, 手背放在桌面上。拇指向外延伸对应于+X轴, 食指向外延伸对应于+Y轴。中指向上延伸对应于+Z轴, 如图1-5所示。

图1-5 常规的右手规则
1.4.1 旋转的右手规则
旋转的右手规则用于关联矢量与旋转方向。
如图1-6所示, 当拇指延伸并对准一给定矢量, 卷曲的手指决定相关的旋转方向。
例如, 为一给定坐标系决定旋转的逆时针方向, 应拇指对准ZC轴, 指向+ZC方向。
逆时针被定义为手指从+X移动到+Y轴的方向。

图1-6 旋转的右手规则
1.4.2 交点
在正常使用中, 两曲线的一个交点是曲线物理上相遇的点。在NX中, 物理上不相遇的曲线也能够求交, 如图1-7所示。

图1-7 交点例子
图1-7中, 选择的第二曲线( C2) 被扫描或沿ZC轴投射形成一想象的片体。然后选择的第一曲线( C1) 与这个片体相交, 得到的点( P1) 称为两曲线的交点。
交点总是位于选择的第一曲线上, 除非两曲线在一般意义中相交。在那种情况下, 交点将位于选择的第二曲线上。
1.5 关 联 性
使用关联性( Associativity) 能够连接个别的信息片在一起, 在NX中辅助自动的部件设计与制造。
1.5.1 在对象间的关联性
关联性同时在任意对象间构建连接, 例如, 一条直线能够是一个组的成员、 一个边界的一部分, 同时也能够是一片体的生成曲线。
1.5.2 制图对象到几何体或位置
在NX中, 所有制图对象是关联的。制图对象被连接到几何体, 因而它们能够被自动更新。某些制图对象, 如注解、 剖面线和边被关联到一个位置而非几何体。其它如标记、 ID符号、 形状与位置公差能够被关联到几何体或一位置。
1.5.3 对象到部件或视图
当在一应用中建立几何体时使用关联性。例如, 一个对象能够是模型的部分( 在建模中) 或专门连接到一视图( 在制图中) 。对象显示能够被控制, 它能够出现在所有视图中、 仅在一专门视图中或除一视图外的所有视图中( 擦去视图) 。在一个视图中, 一条曲线能够以不同线型显示而不影响在其它视图中的显示( view modified) 。几何体修改反映在所有视图中。
1.5.4 非几何信息到对象、 组或部件
关联性也关联非几何信息到对象与部件。能够链接任意多的属性到对象, 以记录对象的专门特性。
有两种类型属性, 即系统和用户定义的。系统属性是由系统认可的和由用户指定的那些。例如, 当为辅助选择过程指定一名字到一对象或组时, 系统将认可那个名字直到用户显式改变它。
用户定义的属性是用户建立的那些, 但对系统没有意义。例如, 用户能够关联属性信息到一组几何对象, 因而它能够被处理为在一装配中的一个组件。
1.6 参 数 模 式
许多NX参数是模式( modal) 的, 即它们保持有效直到它们被显式改变。如表1-2 所示, NX有3级模式, 即系统、 部件和工作作业。
表1-2 NX 参数模式
系统级
系统模式参数是在客户默认文件中基本的默认信息, 该信息由系统管理员在安装NX时设置, 包括如小数点位数、 默认圆角半径等。这些值作用直到用户对一特定部件或在一工作作业中改变它们。当然, 当客户默认文件被更新时, 它们能够被更换
某些属性也是系统模式的, 如片体网格、 颜色、 线型和线宽
部件级
部件模式参数是当部件存档时存储的值, 它们仅作用到那个特定的部件。例如, 字符大小、 线宽、 任一视图相关修改或任一用户定义的属性。这些值在下一次部件被打开时有效
工作作业级
工作作业式参数是仅在一特定工作作业期( 从登录到退出) 保留有效的值。这些参数默认不随部件存储