基于NX/PTS的產品變形設計研究*

高 飛，張 鵬，倪驍驊，夏文勝，楊 元

(1.鹽城工學院 機械工程學院，江蘇 鹽城 224051；2.鹽城錦易工業裝備有限公司，江蘇 鹽城 224051)

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基于NX/PTS的產品變形設計研究*

高 飛1，張 鵬1，倪驍驊1，夏文勝1，楊 元2

(1.鹽城工學院 機械工程學院，江蘇 鹽城 224051；2.鹽城錦易工業裝備有限公司，江蘇 鹽城 224051)

知識工程的核心功能在于實現知識重用，文章即在這樣的指導思想下，以工程設計軟件UG/NX8.0為平臺，運用PTS(Product Template Studio)產品模板工作室模塊，研究了企業產品零部件模板的制作，并創建實例，將產品零部件模板運用到變形設計中，通過更改相關參數實現模型和對應二維工程圖的自動更新。采取簡單的操作實現模型和對應二維工程圖在當前設計文件夾下的自動生成。大大減少了繪制三維模型和二維工程圖的時間。顯著提高企業產品開發效率，節約開發成本。

知識工程；NX/PTS；變形設計；二維工程圖

0 引言

目前，產品設計越來越趨于系列化，在變形設計中系列化產品設計所占比重更是明顯。企業工程設計人員從事產品設計過程中，往往需要對某個領域的特有零部件進行變形設計[1-4]，當中包含著大量的重復性設計工作。當下，工程設計越來越趨于知識密集型，知識工程(KBE)旨在重用以前的設計知識，減少重復性設計工作。知識工程技術與工程設計的結合愈加緊密，各主流設計軟件均有其對應的基于知識的CAD智能設計系統。在工程設計和制造中，二維工程圖是必不可少的技術文檔資料[5]，設計人員在完成三維模型的設計之后，往往還要花費大量時間來制定符合標準和規范的二維工程圖。NX是目前非常流行的一款三維軟件系統，具有強大的實體造型和產生二維工程圖功能。

通過現有技術實現知識重用往往存在工作量巨大等問題，而且開發智能設計系統、重用庫等需要掌握復雜的編程語言和其它開發工具，這樣很容易出現工作效率低下，開發成本提升的問題，急需找到一個快速有效地實現知識重用的方法[6-9]。

文章以實現知識重用為指導思想，主要介紹了運用NX/PTS模塊來制作零部件模板，通過修改相關參數實現模型和對應二維工程圖的自動更新。在完成參數變更之后，通過簡單的操作即可實現模型和對應二維工程圖在當前設計文件夾下的自動生成，大量計算工作由計算機自動完成，顯著提高設計知識重用效率，加快系列化新產品開發速度，大大減少了重復性設計工作，具有良好的應用前景。

1 產品模板制作

PTS(Product Template Studio)產品模板工作室是NX的可重用模塊，通過PTS創建產品模板，可顯著提高設計知識重用度，加快系列化新產品開發速度，與現有其它技術手段相比[10]，具有如下優點：簡單明了的用戶界面；無需掌握復雜的編程語言便能創建用戶界面；可直接在用戶界面實現主控參數的更改；尺寸校核消除設計中的錯誤等。

1.1 參數化模型的建立

參數化設計是CAD技術的核心，目前絕大多數的CAD軟件都具有參數化建模的功能，參數化建模的關鍵在于運用參數、公式、表達式、特征等來驅動和改變模型。參數化模型是制作產品模板的前提，是實現知識重用的關鍵，在UG/NX8.0中，創建參數化模型的步驟如下：

(1)模型的創建

運用NX的建模模塊創建出發電機組靜音箱帶通風口封板的三維模型，命名為“FB.prt”。模型創建必須符合規范，保證全約束，不能有虛約束和過約束。

(2)模型主控參數提取

參數化模型的主控參數主要指影響產品功能和結構的因素，如產品局部結構、尺寸、約束關系等。對于上述創建的帶通風口封板的三維模型，其主控參數主要包含封板的外形尺寸、螺栓固定孔的大小和位置、通風孔的大小和位置、通風口的大小、位置和數量等。提取模型主控參數作為變形設計中需要更改和驗證的參數。

(3)表達式的創建

圖1 封板主控參數表達式

提取完模型的主控參數后，運用“工具-表達式”來創建每個參數相對應的表達式(圖1)。NX的表達式包含不同的類型，有數量、字符串、布爾等多種子類型，所以在創建表達式時一定要清楚每一個參數的具體類別。

(4)表達式替換系統定義參數

模型和表達式全部創建完畢后，為了實現通過參數驅動三維模型，需要用表達式來替換在建模過程中系統定義的參數。替換的方法是雙擊要替換的尺寸進入尺寸修改環境，在尺寸值右端的下拉菜單中選擇“公式”，即會彈出表達式對話框，在這里將公式的值替換為相應的表達式即可。

1.2 位圖制作

通過NX_PTS制作產品模板之前，先要制作一個或多個包含產品主控參數的示意圖(如圖2)，NX_PTS識別的圖片格式是.bmp。

(1)進入NX制圖環境，導入模型基本視圖并標注相關尺寸。

(2)由于標注的尺寸為數字，必須將其替換成與創建的表達式相對應的字母，方法是通過“編輯-注釋-文本”來將數字替換成字母。

圖2 產品尺寸示意圖(位圖)

(3)替換完成后，即可導出.bmp格式的圖片，方法是“文件-導出-BMP”。在導出位圖后，可通過電腦自帶畫圖軟件對導出的.bmp圖片進行大小調整、邊界修剪等操作。

1.3 二維工程圖創建

實際工程設計過程中，建好零件模型之后，還要制作符合標準和規范的二維工程圖，包括尺寸標注、顯示樣式、屬性填寫等。這里，創建好發電機組靜音箱帶通風口封板的二維工程圖，命名為“FB_dwg1.prt”。

1.4 基于NX/PTS的產品模板制作

完成上述工作后，即可進入PTS進行產品模板制作。

圖3 PTS產品模板工作室主界面

(1)啟動PTS，導入參數化模型，如圖3。PTS界面主要包含五個組成部分：PTS操作工具條、控件工具條、工作窗口、詳細面板、瀏覽器。

圖4 PTS可重用對話框

(2)點擊模型縮略圖上的放大按鈕即可進入操作界面。通過控件工具條，采用拖放的功能，可以在工作區域中添加類型塊、組、分割符、位圖等。每添加一個控件，在瀏覽器中的對話框資源管理器都會及時顯示當前生成的對話框。分析封板的結構并參照主控參數添加6個組，在屬性欄修改每個組的標題，如圖4所示。

(3)在模型瀏覽器中，采用拖放功能將參數化建模時所創建的表達式拖放至對應的組中。具有相同關系或處于同一級別的表達式放置在一個組中。通過表達式相關控件可以調整表達式的顯示樣式，主要有：輸入、選擇列表、復選框和只讀文本等，如圖5所示。

圖5 表達式添加及控件設置

當添加完所有主控參數對應的表達式后，在相關性選項里可調整表達式的可見性和靈敏度。在需求選項里為表達式控制的尺寸添加限制條件。

(4)添加二維圖進PTS，將二維圖作為模板的組成部分，建立模型和二維圖之間的聯系。方法是在模型瀏覽器中，右擊模型名稱會出現“添加圖紙”選項，將創建好的二維圖添加進來即可(如圖6)。點擊“保存”按鈕，模板制作完成。

圖6 添加二維圖到PTS

2 變形設計實例

制作產品摸板之前，將參數化模型、位圖、二維工程圖全部保存在同一個文件夾下作為模板文件夾，當模板制作完成從事變形設計時，模板文件夾內的文件不會產生任何改動。本實例當中，模板文件夾存放位置為“D:YJZZ2”。

2.1 模型變形設計

圖7 添加模板文件夾至重用庫

新建文件夾作為當前設計文件夾，文件夾保存位置不做要求。本實例當中，選擇創建設計文件夾的路徑為“E: empYJZZ”。第一步，啟動NX8.0，在設計文件夾下新建模型，進入NX建模環境。第二步，點擊“重用庫-庫管理-添加庫”，將模板文件夾添加到重用庫中，如圖7所示。

圖8 產品模板對話框

第三步，點擊模板文件夾，在成員選擇窗口選擇模板模型縮略圖拖放到模型工作窗口，系統會自動彈出模板瀏覽器對話框。

第四步，雙擊模板名稱會彈出在PTS中制作完成的對話框(圖8)。在對話框中進行參數更改和校核等變形設計操作。

2.2 模型和二維工程圖自動生成和更新

在尺寸更改和校核等變形設計操作完成之后，點擊確定按鈕，返回至模板瀏覽器對話框，點擊對話框中的“重命名選項”按鈕，則會彈出“部件名管理”對話框，如圖9。在這里對模型和工程圖進行重命名操作，還能重新設定輸出路徑等。

圖9 重命名和輸出路徑設定

重命名完成后，點擊“確定”按鈕返回模板瀏覽器對話框，點擊“關閉”按鈕關閉瀏覽器對話框。點擊NX工具欄“保存”按鈕并關閉NX8.0。進入當前設計文件夾“E: empYJZZ”查看，三維模型“FB_new.prt” 和二維工程圖“FB_new_dwg1.prt”已自動生成和更新。

3 結束語

變形設計是工程設計中必不可少的組成部分，通過創建帶通風口封板的模板實例，說明了運用NX_PTS制作產品模板，將大大縮短因三維模型發生更改而更新二維工程圖的時間，模型變更后在當前設計文件夾下自動生成模型和對應二維工程圖，顯著提高設計知識重用的速度和效率，大大加快系列化新產品開發速度。而通過制作裝配體的PTS模板來實現裝配體和二維圖以及裝配BOM表的自動生成和更新，從而提高CAD設計效率，同樣具有十分廣泛的研究價值和應用前景。

[1] 王峰，俞新陸. 產品級三維參數化設計系統的研究與開發[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2001，13(11)：1012-1018.

[2] 趙利平，秦慧斌，王宗彥.機械產品三維參數化變形設計研究與應用[J].機械科學與技術，2008,27(10)：1154-1157.

[3] 吳偉偉，唐任仲，侯亮，等. 基于參數化的機械產品尺寸變型設計研究與實現[J].中國機械工程，2005，16(3)：218-222.

[4] 李國良. 基于三維CAD的產品快速變形設計[J].江南大學學報，2005，4(2)：183-186.

[5] 楊嘉濤.基于UG工程圖的用戶化研究及應用[J].中國制造業信息化，2003,32(10)：95-97.

[6] 陳青，劉建釗.機械零件智能設計過程中知識表示的研究及應用[J].煤礦機械，2013,34(1)：235-237.

[7] 王凱，李柏林，陳黎麗，等. 基于知識的自頂向下參數化設計與應用[J].制造業自動化，2009，31(9)：163-165,178.

[8] 毛雨輝，邱長華.基于UG的標準件庫的研究和建立[J].工程圖學學報，2007(1)：157-161.

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[10]鄭德星，唐俊燾，湯小峰.基于NX/PTS的可重用模型庫的構建[J].組合機床與自動化加工技術，2013(1):45-48.

(編輯 李秀敏)

Research on Product Deformation Design Based on NX/PTS

GAO Fei1，ZHANG Peng1，NI Xiao-hua1，XIA Wen-sheng1，YANG Yuan2

(1.School of Mechanical Engineering Yancheng Institute of Technology,Yancheng Jiangsu 224051,China；2.Yancheng Jinyi Industrial Equipment Co., Ltd.,Yancheng Jiangsu 224051,China)

The core function of knowledge engineering is to achieve knowledge reuse，and this paper is under the guidance of this idea. Based on engineering design software UG/NX8.0 platforman and using the Product Template Studio module to research on the production of the template of enterprise product parts。And creat an instance with applications of product component template to deformation design.By changing the relevant parameters to achieve the 3D model and the corresponding 2D engineering drawings automatically updated. Take a simple action to achieve the 3D model and the corresponding 2D engineering drawings in the current design folder automatically generated. Greatly reduce the time to draw 3D model and 2D engineering drawings. Improve the efficiency and save the cost of enterprise product development.

knowledge engineering;NX/PTS;deformation design;2D engineering drawings

1001-2265(2016)10-0048-03

10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.10.013

2015-12-13

江蘇省政策引導類計劃(產學研合作)—前瞻性聯合研究項目(BY2015057-11)

高飛(1982—)，男，江蘇徐州人，鹽城工學院高級工程師，研究方向為三維CAD智能設計系統開發、機械產品設計、逆向工程，(E-mai)gaofei@ycit.cn。

TH122;TG506

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