系统工程产品设计思想在UG中的实现技术研究

焦丽丽

JIAO Li-li

（盐城工学院 优集学院，盐城 224051）

0 引言

近百年来，为了提高产品的设计质量，很多科技工作者对产品的设计方法进行了研究，提出了约70种设计方法，这些方法在产品设计中能在不同方面发挥不同程度的作用[1]。而如今，在全球化市场竞争环境下，企业需要以更低的成本，更短的交货期，更好的产品质量满足市场个性化，多样化的需求。所以，在众多产品设计方法中选择出一条更适合于企业实现产品并行设计的模式是十分重要而具有实际意义的。当前，已步入到知识经济时代，在各种现代设计手段的支持下，企业应该以先进的理念来指导设计过程，才能够在提高市场响应速度的同时确保产品的设计质量。系统工程的产品设计思想能够从整体上对产品的各种因素进行考虑和把握，设计人员应该从系统工程的角度来分析和研究，以系统工程的观念来指导设计才能确保产品的质量。而大型三维CAD/CAE/CAM一体化设计软件UG （Unigraphics的简称）融入了系统工程的设计思想，提供了实现产品并行设计的手段，是企业借助实现产品并行设计的很好平台。本文以工程实例研究了系统工程的产品设计思想在UG中的实现技术，提出了在该平台下实现产品并行设计的模式以供企业或读者参考。

1 系统工程的产品设计思想简介

系统工程方法与自顶向下设计方法类似，但与之不同的是采用模块化设计技术，将一个大型复杂产品分解为总体控制结构和若干具有关联性的子系统，避免了过于庞大的装配结构。每个子系统都来自于控制结构，在保持与控制结构相关联的条件下，可以相对独立地展开设计工作，同时满足产品总体设计的要求。从宏观上讲系统工程的产品设计有两个特点：

一是将产品的功能、结构等因素都能包含在总体控制结构中，二是用模块化的思想能够实现并行设计。它的优点可以概括为三个方面：一是总布置设计采用自顶向下方法控制整个产品的设计，总布置的修改通过约束定义的更新而传递到子系统设计人员；二是零部件在总布置设计变更会强制更新，保证了零部件与总布置的协调，提高了产品模型数据重复利用率；三是设计要求和变更的自动传递，使得设计管理更加方便高效。

2 系统工程思想在UG中的实现

UG的WAVE功能模块是实现系统工程的产品设计思想的体现，UG/WAVE的推出使实现产品级参数化设计成为可能。在此以前的 CAD软件的参数化技术将更多的精力放在零件本身的参数化上，而整个产品与产品的零部件的参数关系管理则比较困难。UG/WAVE 成功地解决了复杂产品设计中产品级的参数驱动问题，可以在产品级设计中控制零部件，为产品设计团队的并行工作提供了一个良好的环境。尤其适合于解决大型产品设计中的设计更改控制问题，是面向产品级的并行工程技术。

UG的WAVE技术是概念设计与结构设计的桥梁，概念设计初步完成，细节设计便可同时展开，使并行工程优势得以最大程度的发挥；数据的关联性使装配位置和精度得到严格的技术保证(甚至可以不建立配对约束)；易于实现模型总体装配的快速自动更新，当产品控制几何体（装配级）修改后，相关组件的细节设计自动更新，为缩短设计周期创造了条件。极大地减少了设计人员重复设计的浪费，大大提高了企业的市场竞争能力；产品设计管理极为方便高效。

3 在UG中进行产品并行设计的流程和关键技术

在UG中以系统工程为理论指导实现产品并行设计的流程图1所示。

在以上的实施流程中其关键在于：首先把产品分析的结果体现在总体控制结构中，在控制结构中要包含产品的主要控制参数、主要组件的形状和位置信息。其次是在对子系统划分时从总控结构中选取有用信息对其进行控制，以实现数据的从上向下的传输，及各子系统间的协调统一。另外，在详细设计完成产品装配后，对产品进行各方面检验如果发现问题，这时要通过总体控制结构的修改来实现整个产品的更新，在这里，产品的控制结构与产品的装配模型是分开的文件，但它们的联系却暗含其中，所以对总控结构的修改会自动反映到产品模型中。最后，对于划分到最底层的每个子系统来说所采用的设计方法应该遵循自顶向下为主，自底向上为辅的方式进行设计，这样对于整个产品来说实现了并行设计，对于每个团队来说采用Top-Down的方法进行，大大地提高了设计效率并保证了设计质量。

4 工程实例

下面以C6240的溜板箱部件为工程实例对以上方法的实现进行阐述。利用上述方法，可以使部件的设计计算工作和产品的数字化建模工作同时进行，因为总体控制模型的修改可以很容易地将数据传递到下游。所以开始根据传动系统及对溜板箱的分析确定了总控结构如图2所示，包含控制参数，划分的几个子系统（如图3所示）及主要组件的位置信息等。从总控结构中对每个子系统传递的数据，分发给每个团队成员，每个团队并行进行详细设计，最后完成的产品装配模型如图4所示。

图2 溜板箱总体控制结构

图3 溜板箱总体控制结构

图4 溜板箱总体控制结构

该模式的产品设计实现了设计计算和产品数字化模型建立的同步，实现了部件各子系统的并行设计，并且产品的装配模型可以通过总控结构进行同步修改更新，这大大地提高了设计效率。

5 结论

系统工程的产品设计思想在UG中的融入，使得进行产品并行设计得以实现，明显提高了设计质量，大大地减少了设计开发周期，总体设计意图和方案可得到有效的贯彻，而且可以有效管理大型装配并组织复杂的产品设计，从而在真正意义上实现产品设计开发的并行工程和协同设计，为提升企业的综合竞争力和自主创新能力奠定了坚实基础。

[1]闻邦椿.基于系统工程的产品设计7D规划1+3+X综合设计法[J].东北大学学报(自然科学版).2008,29(9);1217-1223.

[2]洪如瑾.UG WAVE产品设计技术培训教程[M].北京：清华大学出版社,2002.

[3]王凯. 基于知识的自顶向下参数化设计与应用[J].制造业自动化.2009,31(8);163-178.