摘要：工業產品設計是一門古老而又年輕的學科，近年，計算機輔助技術飛速發展，計算機輔助工業產品造型設計就是這兩個學科的結合、統一。我們在該論文中用兩個案例闡述了使用UG軟體做工業產品——玩具結構及外形設計的設計流程和技巧。
關鍵詞：UG 玩具設計 結構設計 外形設計 人機工程
1 引言
UG軟體是由美國著名航空公司麥道開發的CAD/CAM/CAE/PDM應用系統，它覆蓋產品的整個開發過程，包括概念設計、詳細設計、工程分析、模擬模擬以及製造等，而玩具在工業產品中佔有相當比重，尤其是在泛珠三角地區，中國現有8000多家玩具企業，其中廣東佔有5000多家，佔到全國市場的一半以上，但大部分以出口為主。在去年，國家勞動和社會保障部正式向社會發布了玩具設計師的個新職業，這是我們中國玩具設計行業的一個新的開端。因此，對於中國的玩具設計師這一新興行業，要求在玩具設計過程中設計師們的專業技能越來越高，新的技術給我們的設計帶來了方便，同時也要求設計師們的計算機輔助技術的專業技能要更加熟練。
2 UG在玩具結構設計中的應用
在玩具結構設計中,牙箱的設計是非常重要的，玩具的各種動作依靠牙箱來完成,因此掌握牙箱的設計是進行玩具結構設計的基礎。牙箱的構成主要是由各種齒輪、凸輪、曲軸、馬達等組合，在進行牙箱設計的具體工作前，有必要完成齒輪這個最基本零件的設計。玩具結構中的齒輪一般選用模數為0.4~1的小模數齒輪，其材料多選用賽鋼（POM）、尼龍、合金等。
下面我們來看看使用UG來進行玩具結構設計中最常用的標準直齒圓柱齒輪的創建方法。
我們新建一個文件，進入相應的應用模塊Modeling三維建模模塊。
現在，我們來看看在UG中建立圓柱直齒輪的過程：
首先，我們要建立圓柱齒輪齒形漸開線表達式。大家知道，齒輪零件有幾個基本的參數：模數（m）、齒數（z）、壓力角（α），我們要通過齒輪的這些參數來確定齒形漸開線方程，這個過程我們需要通過UG的表達式菜單來建立，在主菜單選擇Tools→Expressions創建以下表達式：
a =0
b =360
m =0.75 (模數)
z =36 (齒數)
a =20(壓力角)
r =m*z*cos(α)/2
s =(1-t)*a+ t*b
t =1
xt =r*cos(s)+r*rad(s)*sin(s)
yt =r*sin(s)+r*rad(s)*cos(s)
Zt =0
註：d=m*z=工作節圓( 分度圓）
齒頂圓d1=d+2*m
齒底圓d2=d-2.5*m（hh）
齒厚 (pi*m)/2 pi
齒高=2.25*m
嚙合間隙=0.25*m
接下來，使用UG的法則曲線建立齒輪齒形漸開線。在主菜單選擇Insert→Curve→Law Curve→By Equation，生成漸開線如下圖（1）所示：
圖（1）
最後，生成齒輪實體，並陣列如圖（2）、圖（3）
圖（2） 圖（3）
3 UG在玩具外形設計中的應用
下面，我們再來看一個UG在玩具外形設計中的應用實例：
這款兒童娛樂休閑椅如圖（4）所示：這款兒童休閑座椅是我們為在公共場所休閑娛樂的7~12歲兒童所設計的產品。
圖（4）
它的外觀設計構思來自鮮花的花辨，此椅顏色設計方面運用多種顏色配搭，猶如鮮花盛開的形狀，寓意花兒一樣幸福的童年。
首先，在做這款兒童休閑椅的設計過程中，我們需要綜合考慮外觀的造型與人機工程的因素，另外，就是增強它的功能性。
設計座椅在某種意義上來說就是設計一種新的生活方式、工作方式、休閑方式、娛樂方式，對“座椅的功能不僅是物質的，也是精神的”有更多、更深的理解。
座椅設計會更重視“保護式”設計，不僅環保，而且更體貼，更加照顧人的情感。
在人們休閑時，座椅舒適程度成為人們首先考慮的因素，科技因素在座椅設計和製造中的含量越來越高 。
我們來看一組設計的人機數據：
圖（5）為人站立時的脊椎形態：其中腰部脊椎形狀為向內凸起的。
圖（6）為人坐著時的脊椎形態：腰部脊椎形狀為向外的弓型。
其中兩圖中的陰影區域為脊椎承力部位,也是脊椎最容易勞損的部位,所以對於現在長時間呆在辦公室坐班的白領來說都或多或少患有腰部病痛。
圖（5） 圖（6）
坐姿情況下，支持人體的主要結構是脊柱、骨盆、腿和腳。
良好坐姿情況下，壓力適當地分佈在各椎間盤間。
座椅對人有以下益處：
1、減輕腿部肌肉的負擔；
2、可以防止不自然的軀體姿勢；
3、降低人的耗能量；
4、減輕血液循環系統的負擔。
由於椎間盤內壓力和肌肉疲勞是引起不舒服感覺的主要原因，因此，座椅的側面輪廓若能降低椎間盤內壓力和肌肉負荷，並且使之降到儘可能小的程度，就能產生舒服的感覺。當靠背傾角達到110°時，人體的肌電圖的波動明顯減少，被試有舒服的感覺。
基於以上人機數據，我們來設計者款座椅的時候，利用UG的草圖功能，做椅背設計的初始草圖，如圖（7）所示：
圖（7）
然後，我們再來考慮它的功能設計部分：
頂部及底部為固定在中軸上不動的，中間部分能轉動，可供小孩娛樂，座椅高度已經考慮到小孩摔倒的安全因素，另外座椅可以往上收攏防塵。上面採用透明材質，設計為自動售貨機。底部為自動儲物櫃，在人們休閑時無須擔心隨身攜帶的財務損失。如圖（8）、圖（9）所示：
圖（8） 圖（9）
4 結束語
本文只是結合兩個較簡單的設計說明了UG的工業產品設計的流程及操作技巧等，對於玩具設計本身而言，它是一個複雜而難以掌握的過程，還需要設計者對於玩具行業的安全規範及ISO標準一些設計規則十分熟練，很值得深入研究。
參考文獻：
《人機界面設計》羅仕鑒 朱上上 孫守遷編著 機械工業出版社
《UG NX2 工業設計培訓教程》李開林 李維 鄺芸編著 清華大學出版社
