引言

參數化建模技術是虛擬制造技術研究的基礎和前提，也是現代制造技術研究熱點之一。隨著計算機仿真技術、網絡等技術的發展，參數化技術的應用越來越廣泛，參數化設計，有利于設計者通過設計參數來驅動產品零件的幾何模型。大大簡化了用戶生成和修改零件模型的操作，提高了設計效率。

UG/WAVE（What-if Alternative Value Engineer）技術是EDS公司推出的參數關聯設計技術，利用Top-Down設計思想，對系統級與產品級進行設計的技術，通過集成系統級工程與參數化建模技術來實現產品的快速開發，可大幅度的提高產品的設計效率，降低產品設計成本[1]。

1 參數化設計思想

UG參數化設計思想可分為產品級和零件級兩部分，產品級設計主要是為了分析產品功能，零件級設計主要解決如何實現產品功能的問題，設計思想如下：

產品參數化設計思想：在使用UG軟件進行產品設計時，首先根據欲實現功能詳細構思產品的結構，然后用UG軟件的設計及編輯工具把設計意圖反映到產品的設計中去。分析產品的各個零部件之間的關系，利用WAVE幾何鏈接器將有聯系的零件做一關聯，便于產品設計更新，更有利于系列化產品的設計。

零件參數化設計思想：零件參數化設計將零件模型的構造工作劃分為幾何約束、尺寸約束、確定尺寸值和模型生成四個基本任務。模型生成是一項工作量巨大、瑣碎但是有規律的工作，可以由計算機基于UG等三維CAD軟件完成；形狀約束、尺寸約束和尺寸值的確定是非規律性的創造性工作，由設計者根據設計要求設定，并建立零件特征之間的尺寸關聯，用戶修改零件模型時，只需輸入一組新的特征尺寸值，或個別特征尺寸值，零件結構改變，而不需要重新設計，只需要更改某些特征參數即可。

2UG/WAVE參數化建模技術

2.1傳統參數化建模技術

UG/WAVE技術是建立在傳統的參數化建模技術基礎上，并克服了傳統的參數化建模技術存在的缺陷而發展起來的，將傳統的參數化建模技術提高到系統與產品級設計的高度。隨著虛擬制造技術的發展，傳統的參數化建模技術逐漸不能滿足設計的要求，主要體現以下幾點：

(1)利用傳統的參數化技術建模時，產品的所有局部環節都要求參數化，并建立完整的尺寸參數及約束系。當產品結構簡單、參數較少時，這種建模技術可行的，當產品結構非常復雜、參數較多時，建立產品模型將會變得復雜，模型的可靠性較低，難以維護。

(2)傳統的參數化建模技術將所有的參數放同一個層次之中，沒有將總體參數與局部參數區開來，因而造成局部參數的變動會引起整體結構的變化，不符合自頂向下設計思想。

(3)傳統的參數化建模技術不利于并行工程的實施。

2.2 基于UG/WAVE的參數化建模技術

UG的WAVE技術在傳統的參數化建模技術基礎上引入了3項技術[1]：

a.建立產品的控制結構(control structure)，控制結構決定產品的定義。

b.產品模型的同一層或不同層次之間關鍵幾何模型可以進行關聯拷貝 (associative copy)，關拷貝用于表示幾何模型之間的控制關系。

c.幾何連接器(geometry linker)，其功能類似關聯拷貝，只是用途不同。

這3項技術的引入，使傳統的參數化建模得到了極大地提升，不但保留了參數化系統在零件設計方面的傳統優勢，而且能方便地建立層次樹狀結構的產品模型，從根本上支持自頂向下的設計思想，用WAVE技術可方便地建立支持概念設計、裝配設計再到詳細設計的產品模型，把概念設計自始至終地貫徹于整個產品的設計階段。

UG/WAVE 主要是由以下幾個部分組成[2]：(1)幾何連接器(Geometry Linker)；(2)相關性管理器(Associatively Manager)；(3)零件聯系瀏覽器(Part Link Browser)；(4)零件導航器(Parts Navigator)；(5)幾何體導航器(Geometry Navigator)；(6)裝配結構導航工具(Assembly Navigation Tool)。利用這些工具可以順利實現控制相關零部件的更新時間和更新范圍，查詢、編輯、凍結和切斷相關零部件間的聯系，在同一個裝配中完成零部件間相關幾何體的復制等操作。

3 基于UG/WAVE的自頂向下（Top-Down）的裝配設計

根據設計后續各階段的要求，產品模型應該是一種樹狀與網狀相結合的模型，便于組織和管理數據，樹狀能夠清晰的描述產品中零部件之間的層次結構，網狀可以描述產品中零部件之間的關系。Top-Down設計方法可以滿足這種需求，便于用樹狀結構來描述產品結構模型，允許設計者在高層產品設計發生變化時自動更新低層零部件的設計，如圖1所示。由于產品的總體參數、產品的包容空間、零部件的布置與定位等主要參數都在裝配的高層定義，而詳細設計在零部件的底層構建，因此，通過設定產品的高層幾何定義和約束，使得詳細設計可以在概念設計完成之前開始實施，使產品設計并行開展。

圖1 基于WAVE的T-D結構示意圖

產品設計應按照市場或客戶的需求展開，他們對產品的需求決定了一些關鍵的產品參數，而這些參數必須合并到高級產品設計的初期設計布局中，形成所有下游設計活動的基礎。

自頂向下裝配設計有兩種方法：

(1)先在裝配中產生一個新組件，它不含任何幾何對象，即是一個“空”組件，然后使其成為工作部件，最后在其中建立幾何模型。

(2)先在裝配中建立幾何模型(草圖、曲線、曲面、實體等)，然后建立新組件，最后把幾何模型加入到新建的組件中。

4.基于UG/WAVE的網絡并行工程

隨著網絡技術的發展，為并行工程帶來了新的內涵，UG/WAVE技術為此提供了一個橋梁，允許產品的設計者們分布在不同的區域，并行對產品進行設計。首先在服務器利用UG軟件建立產品模型，需要確定產品的主要參數，以及產品各零件之間的約束關系，并將其傳遞給分布在不同地域的各個節點，然后節點的設計師根據產品功能要求，對產品進行設計，零部件之間的約束關系，可以通過UG/WAVE來關聯。如圖2所示。

圖2 網絡并行工程示意圖

5 實例說明

現以推進器設計為例說明UG/WAVE在參數化設計中的作用，首先創建一個裝配文件assemble.prt，在裝配中添加一個底蓋文件down.prt，然后以底蓋文件為工作部件，對底蓋進行設計，如圖3所示。

圖3 底蓋設計

接下來，在裝配中添加一個頂蓋文件top.prt，以top.prt為工作部件，通過WAVE建立與down.prt之間的聯系,利用“鏡像體”可得到如圖4所示結果。建立起top.prt與down.prt之間的約束關系，當down.prt的參數發生變化時，top.prt的參數也隨之改變，從而達到參數化設計要求。

圖4 頂蓋關聯設計

6 結束語

利用 UG/WAVE 技術，概念設計在總體布置階段只需給出產品的外形、主要參數以及產品中零部件之間的約束關系，后續的詳細設計和工藝設計等工作可以并行開展，也可網絡并行設計，無需過多考慮結構上的細節。概念設計的意圖通過控制幾何參數傳遞到整個設計團隊中去，可以隨時修改在設計中出現的問題。當產品的高層設計需要更改時，通過控制結構快速的遞到詳細設計的設計平臺中去，為產品的快速開發提供了有力的技術支持。

WAVE 技術的關鍵是對設計意圖的正確理解和約束關系的定義。因此，在產品開發的初期應該考慮周全、定義合理、層次清晰，只有這樣才能提高產品開發的效率。