基于UG NX三維軟件的手機實體虛擬設計

金衛東，黃志榮

（常州工學院 機電工程學院，江蘇 常州 213002）

0 引言

虛擬設計技術是一種嶄新的產品開發模式，是知識經濟時代產品制造技術革新的重要標志，它提供了一個基于計算機仿真模型的數字化設計方法。當前，國外虛擬設計技術已經趨于成熟，國內也正處于快速發展和大力推廣應用的關鍵時期。本文基于UG NX三維軟件設計平臺，并以NOKIA N78手機為例，介紹了虛擬設計技術在機械產品設計中的具體應用。

1 虛擬設計技術

虛擬設計技術即虛擬產品建模技術，是以計算機仿真和產品生命周期建模為基礎，集計算機圖形學、人工智能、并行工程、網絡技術、多媒體技術和虛擬建模技術等為一體，在基于計算機軟、硬件提供的虛擬環境下，實現對機械產品的方案構思、結構設計、虛擬裝配、力學分析、運動仿真和虛擬制造等［1］。

相對于傳統的基于半理論、半經驗的串行設計模式，基于計算機虛擬環境的交互式和數字化的并行開發過程為機械產品的方案構思、造型設計、結構構建與分析提供了自由而靈活的技術平臺與工具手段，不僅便于設計者進行結構創新、優化設計、實時分析與設計質量評價，而且大大提高了工作效率，減少甚至取消了物理樣機的研制次數，從而可實現機械產品的一次性制造成功［2］。因此，作為一個全新而充滿活力的技術領域，基于計算機輔助工程（CAE，Computer Aid Engineering）的產品虛擬設計技術具有很大的發展空間和極好的發展前景。

2 UG NX

虛擬設計技術在工程上的應用是通過功能強大、性能穩定和交互性良好的商品化軟件實現的。常用的計算機輔助三維虛擬設計軟件有 UG NX、Pro／E、Solid Works、CATIA、CAXA 等［3］。其 中，EDS 公 司的UG NX是一個高度集成的CAD／CAM／CAE軟件系統，它包括產品的概念設計、三維建模、性能分析和虛擬加工等功能模塊，可為現代機電產品的研制提供一個真正的虛擬產品開發環境［4］。針對用戶的虛擬產品設計和工藝設計需求，UG NX為用戶的產品設計及加工過程提供了數字化造型和驗證手段，提供了一個經過實踐驗證的整體解決方案。UG NX包括了世界上最強大、最廣泛的產品設計應用模塊，具備高性能的機械設計和制圖功能，并具有簡便的虛擬裝配功能和相關分析模塊，可滿足客戶設計任何復雜產品的需要。UG NX不僅為設計者與設計團隊提供了一個基于并行工程的產品開發模式，還便于設計人員有效地捕捉、利用和共享數字化工程完整過程中的顯性與隱性知識，從而為機械產品的設計制造提供了高性能和靈活性。

3 NOKIA N78虛擬設計實例

本文以NOKIA N78的后蓋三維建模和手機的虛擬裝配過程為示例，比較詳細地介紹UG NX在機電產品虛擬設計中的運用。

3.1 后蓋三維建模

雖然機械零件形狀各異、結構多變，但在進行三維實體建模時，根據其結構特點綜合選用UG NX軟件的拉伸、回轉、掃掠等建模工具，并結合曲面造型功能和布爾運算，就能夠較為便利地創建各種復雜機械零件的實體模型。同時，對于一些系列化機電產品的零部件，還可運用UG NX軟件的參數化功能，以便通過修改功能尺寸來進行改進與創新設計。

如圖1所示，首先利用草圖功能，繪制出N78手機后蓋的截面二維圖及掃掠引導線。然后，利用沿引導線掃掠的方法做出實體，如圖2所示。

圖1 后蓋邊框截面線及掃掠引導線

圖2 后蓋邊框圖

利用抽取曲線和拉伸功能，創建后蓋中間的三維模型，并繪制攝像頭區域的二維輪廓圖，進行拉伸后與前面的三維模型進行減法的布爾運算，如圖3所示。

利用曲線中的文字功能寫出NOKIA和Nseries的字樣，并在所在后蓋面上進行分割面的操作，最終完成后蓋的完整三維設計模型，如圖4所示。

圖3 后蓋內側圖

圖4 后蓋最終效果圖

同樣，利用UG NX8.0中強大的計算機輔助虛擬設計功能，完成了NOKIA N78的主體框架（如圖5、圖6所示）、SIM卡、電池等設計，在此不一一詳述。

圖5 主體框架正面

圖6 主體框架反面

3.2 NOKIA N78虛擬裝配

傳統的工業設計模塊主要用于對產品進行幾何設計，使用3DS可以生成實體模型，但用3DS生成的模型僅僅是產品整體效果的一種概念體現，在工程實際中還需要進行結構設計，因此必須使用虛擬裝配技術來更好地體現整個產品的設計效果。

UG NX8.0提供了強大的虛擬裝配功能，裝配中其主要裝配約束有：面貼合（Mate）、對齊（Align）、角度（Angle）、平行（Parallel）、垂直（Perpendicular）、居中（Center）、距離（Distance）、相切（Tangent）。本文利用UG NX裝配功能完成手機裝配的總圖和爆炸圖，如圖7、圖8所示；并進行相關的裝配干涉分析，最后進行相關零部件的修改工作，同時利用裝配序列生成了整機裝配動畫。

圖7 手機虛擬裝配圖

圖8 裝配爆炸圖

4 結論

本文通過NOKIA N78手機產品三維建模和虛擬裝配的運用實例，全面地展示了UG NX在機電產品虛擬設計中的運用過程，顯示了其在計算機輔助虛擬設計領域的強大功能。通過虛擬設計方法所建立的虛擬樣機，可作為概念類產品提前進行產品的廣告營銷推廣，有助于提高企業產品的競爭力和提高企業效益。

［1］ 鄭相周，唐國元.機械系統虛擬樣機技術［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［2］ 薛建華，冀婷.論虛擬技術在產品設計中的應用［J］.新技術新工藝，2008（10）：7－9.

［3］ 李偉.先進制造技術［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［4］ 李長春.UG NX 4.0基礎教程［M］.北京：人民郵電出版社，2007.