CATIAV5及其在轿车数字化工程中的应用

1、CATIA V5 及其在轿车数字化工程中的应用当今世界，在经济全球化、贸易自由化和社会信息化的新形势 下，全球制造企业之间的竞争日趋猛烈，制造业对市场的快速响应(交货 期)在工业发达国家差不多成为竞争的焦点。专门是我国加入 WTO 后，随 着汽车制造业爱护年限的日益迫近，国内轿车生产企业要想赢得竞争，就 要以市场为中心，以满足顾客需求为主线，以技术创新为驱动力，最快速 的响应市场变化，并迅速赢得市场与用户。换句话讲，企业确实是必须以 最短的产品开发时刻(TTime)、最优的产品质量(QQuality)、最低廉 的制造成本和销售价格(C Cost)、最好的技术支持和全过程服务(S Se rvic

2、e)、最佳的环保成效(E Environment)以及最快速的市场习惯性(F Flexibility )来生产适销对路的产品(P Product)，即：“TQCSEFP” 去 进入市场，占据市场，进而领导市场。面对不可推测、瞬息多变的市场， 企业的生产活动必须具有高度的灵敏性(Agility )、动态性(Dynamic)和 柔性( Flexibility )。随着信息技术取得了迅速进展，专门是运算机软硬件技术、运 算机网络技术、信息处理技术等取得了人们以想不到的进步，各种现代先 进设计制造技术应运而生，例如：运算机辅助技术( CAX ： Computer Aide d Design、Manuf

3、acturing、Engineering )、运算机集成制造(CIM : Com puter Integrated Manufacturing)等，这些技术的显现和实施，为实现这一 目标(TQCSEFP)提供了强有力的支持与保证。二、轿车数字化工程 汽车行业的 CAD/CAM/CAE 技术在二十世纪七、八十年代差 不多流行，要紧以零部件的设计为对象，使得零部件的缺陷大大降低，例 如汽车零部件缺陷降低了 40%。然而，整机厂却并未得到对应的效益。优 化的零部件组成的系统并不能保证是最优的，例如设计完美的制动器与设 计优良的悬架及底盘组成的系统，其应用成效并不总是理想的，必须从系 统水平进行设计。

4、从九十年代中开始，面向整车设计开发的汽车虚拟制造 应运而生。虚拟制造（VM : Virtual Manufacturing）是一个处于进展中的新概念。目前比较通行的讲法是：虚拟制造是实际制造在运算机上的本质 实现，即采纳运算机建模与仿真技术，在高性能运算机及高速网络的支持 下，在运算机上群组协同工作，通过三维模型及动画或虚拟现实，实现产 品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过 程的治理与操纵等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与操 纵能力。尽管虚拟制造技术显现只有短短的几年时刻，但它已在汽车业 界得到广泛的重视，而且其革命性的阻碍也专门快地显示了出来。典型的

5、 例子有:克莱斯勒新型汽车开发周期由 36个月缩短至 24 个月，福特公司 也在 1999 年底宣布开发出了全数字化轿车。奔腾汽车公司1998 年之前差不多完成了数字化轿车样机，并实现了较强的虚拟现实技术，可在设计时 期对轿车的总体性能匹配和车身系统布置设计等进行直观、全面的仿真分 析、评判和改进。虚拟制造技术已被公认为以后汽车设计、开发的必定趋势，也 是我国尽快消化、吸取国外先进技术，迅速提升自主设计能力，开发自主 知识产权汽车，实现由“追随模式”到“自主开发”的跨更加展的有效手 段。轿车数字化工程本质上确实是要利用运算机生产出“数字轿车” 。 不难看出，数字化工程技术是一个跨学科的综合性技

6、术，它包括轿车数字 化定义、仿真、可视化、虚拟现实、数据集成、优化等。轿车数字化工程 的目标是对轿车整个生命周期（包括设计、开发、加工、生产）的“可制 造性”（Manufacturability）的决策支持。“可制造性”又能够进一步分解为 “可行性”、“可开发性”、“可加工性”和“可生产性” 。这四个方面是相互 关联的，因此，应从“数字轿车设计” （形状虚拟样机 Shape Virtual Prot otyping，SVP）、“数字轿车开发”（功能虚拟样机一Function Virtual Protot yping，FVP）、“虚拟加工”、“虚拟生产”（虚拟设备与生产线）四个层次提 供轿车全生

7、命周期的数字化工程开发的差不多支持。三、CATIA V5 的进展和技术特点CATIA V5 是 IBM/DS 在充分了解客户的体会、并积存了大量 客户的应用需求后基于 Windows 核心重新开发的新一代高端 CAD/CAM 软 件系统。 CATIA Computer Aided Three & Two Dimensional Interactio n Application System,运算机辅助三维/二维交互式应用系统，自1999年3 月法国达索系统(Dassault Systems)正式公布第一个版本即 CATIA V5R1 (CATIA Version 5 Release 1)以来，

8、平均每年公布 23个版本，到 2003 年 4月公布的 CATIA V5R11(CATIA Version 5 Release 11)，模块总数出 最初的12个增加到了 146个。将原先运行于IBM主机和AIX工作站环境 的 V4 版本完全改变为微软 Windows NT 环境， 99%以上的用户界面图标采 纳 MS-Office 形式，同时自己开发一组图形库，使得 Unix 工作站版本与 W indows微机版具有相同的用户界面。CATIA V5充分发挥了 Windows平台 的优点，一经推出市场后赶忙就得到业界广泛的认可，被专门多 CAD/CA M 领域的资深咨询专家评判为第四代 CAD/

9、CAM 软件，代表了 CAD/CAM 以后进展的方向。CATIA V5 在开发时大量使用了最新和最前沿的运算机技术和 标准，其中包括基于JAVA和Web技术、C+语言、面向对象的设计思想 (O-O)、 STEP-SDAI、 OpenGL、 OLE/CORBA 和 Visual Basic Journaling 等，这使 CATIA V5 具有与众不同的鲜亮的特点：单一的数据结构，各个 模块全有关，某些模块之间依旧双向有关；端到端的集成系统，拥有宽广 的专业覆盖面，支持自上向下(Top-down)和自下向上(Bottom-top)的设 计方式；以流程为中心，应用了许多的有关工业优秀开发设计体会，

10、提供 通过优化的流程；创新的用户界面，把使用性和功能性结合起来，易学易 用；独一无二的知识工程架构，创建、访咨询以及应用企业知识库，把产 品开发过程中涉及到的多学科知识有机地集成在一起；先进的混合建模技 术，建立在优秀的、可靠的几何实现原理基础上，具有领先的几何建模和 混合建模功能；CATIA建立在STEP产品模型和CORBA标准之上，具有 在整个产品周期内方便的修改能力， 专门是后期修改； CATIA 提供多模型 链接的工作环境及混合建模方式，实现真正的并行工程的设计环境；强大 的电子样机技术；开放平台，为各种应用的集成提供了一个开放的平台； 面向设计的工程分析，作为设计人员进行决策的辅助工

11、具，开放性承诺使 用第三方的解算器（如 NASTRAN ）；完善的加工解决方案，唯独建立在单 一的基础架构上、基于知识工程、覆盖所有 CAM 应用；支持电子商务，支 持即插即用（Plug & Play）功能的扩展等。四、基于 CATIA V5 的数字化轿车1.数字轿车设计一形状虚拟样机这是支持轿车总体设计的支撑平台，用于数字概念车设计。包 括数字轿车造型设计、数字轿车车身设计、数字轿车发动机和底盘零部件 设计、数字轿车管路和电子线路设计以及数字轿车电子样机设计。1.1 数字轿车造型设计在运算机技术在轿车设计中广泛应用的今天，许多人仍旧认为轿车 造型设计是属于艺术创作的范畴，全靠造型师的灵感、艺

12、术的想象力和创 作意识，运算机几乎无能为力。事实上不然，按照传统工艺模式，造型师 一样先绘制轿车风格造型图（轴视图或者三视图） ；接着按照风格造型图制 作 1:5（或者 1:10）的油泥模型，再从几个视角观看、修改，专门可能同时 需要几个小模型相互比较，直到造型师觉得其中一个中意为止，定型；按 照那个差不多定型的比例模型做 1:1 的全尺寸油泥模型，连续反复手工修 改如此将耗费大量的人力和物力，才能完成最终的造型（造型冻结），周期长、效率低，阻碍整车开发、制造和投放市场的时刻。针对这种情形， CATIA V5 开发出一种崭新的造型方式基 于草图的自由曲面设计（FSK： CATIA Freest

13、yle Sketch Tracer）,它能够快 速导入造型师绘制的轿车2D风格造型图（Tif、Jpg或者Bmp格式）。达索 系统公司采纳新的运算机 2D 图形算法,能够使 CATIA V5 系统中导入的造 型图在不失确实情形下放大：一般的放大,以牺牲原图的辨论率为代价, 放的越大,图形辨论率越低,试想一下如果采纳一般的算法将造型图放大 到实车尺寸大小,辨论率会低得无法从造型图中提取有关的信息,而新的 算法完全解决这一咨询题,能够在不缺失辨论率的情形下,将造型图放大 到实车尺寸大小。将导入的几张造型图在3D环境中定位后，就能够利用CATIAV5的丰富的曲面造型工具(如 FSS等)在造型图的基础上

14、，绘制 3D轿车 模型。自由曲面设计(FSS: CATIA Freestyle Shape)提供了大量基于曲面 的有用工具，承诺设计师快速生成具有特定风格的外形及曲面。交互式外助于多种面向汽车行量。由于系统提数学表达，础外形的有关性。?这就大大提升了从最初2D 的3D模型生成这一过程的效率。NURBS 和 Bezier造型图的平面型线构思到最终形修一形功能甚至可使设计师更为方便地修改、光顺和修剪曲线和曲面。借 聊(诊断工具、能够实时检查曲线曲面的质 紳匹配的几何描述，支持 师可直截了当地处理修剪后的曲面，同时保持同其基图一 基于CATIA V5的数字轿车造型设计1.2数字轿车车身设计采纳快速原

15、型制造(RPM： Rapid Prototyping Manufacturing)技术， 将CATIA V5生成的三维轿车造型数字模型数据传给数控机床，迅速加工 出供校验和审批用的1:1轿车物理模型，然后打光，进行局部修改、完善， 最后喷漆，定型。返回修改原始的三维造型数字模型，这就涉及逆向工程(RE： Reverse Engineering)技术的应用：形状(几何)反求。利用接触式 或者非接触式的测量设备采集轿车物理模型的外表面数据，生成三维点云 数据。CATIA V5 数字化外形编辑(DSE： CATIA Digitized Shape Editor)， 能够方便快捷的导入多种格式的点云文

16、件，如：Ascii free、Atos、Cgo等十余种，还提供了数字化数据的输入、整理、组合、坏点剔除、截面生成、 特点线提取、实时外形质量分析等功能，对点云进行处理，按照处理后的 点云直截了当生成车身覆盖件的曲面。为了创建更高质量的曲面，CATIA V5创成式曲面设计(GSD：CATIA Generative Shape Design)可按照基础线架与多个曲面特点组合， 设计复杂的满足要求的轿车车身。它提供了一套涵盖面广泛的工具集，用 以建立并修改用于复杂车身或混合造型设计中的曲面。它基于特点的设计方法，提供了高效、直观的设计环境，包括的智能化工具和定律(law )功 能，承诺用户对设计方法

17、和技术规范进行捕捉并再用。轿车车身曲面设计的最高级别：汽车A级曲面设计，它的标准是曲面曲率三阶可导，这对三维曲面设计提出了专门高要求。针对这一难 题，CATIA V5 汽车 A 级曲面设计(ACA : CATIA Automotive Class A)采纳其独有的逼真造型、自由曲面有关性造型和设计意图捕捉等曲面造型In _| |1技术，可生成和构造优美、环保的轿车车身外形。它能够大幅度提升工作 效率，并方便使用”创爰A级曲面处理的新方法，提升 A级曲面造型的 模型质量課大提升了申A级曲面设计流程的设计效率并在总开发流程中达 到更高层次的集成，将A级耀整个开发过程提升到一个新的水平图二 基于CA

18、TIA V5的数字轿车车身设计1.3数字轿车发动机和底盘零部件设计在对轿车发动机和底盘零部件设计难点认真研究的基础上，CATIAV5零件设计(PDG: CATIA Part Design)提供了 3D机械零件设计的强大 的设计工具。应用“智能实体”的设计思想，广泛使用混合建模、关联特 点和灵活的布尔运算相结合的方法，承诺设计者灵活使用多种设计手法： 能够在设计过程中或设计完成以后，进行参数化处理；能够在可操纵关联 性的装配环境下进行草图设计和零件设计，在局部3D参数化环境下添加设 计约束；由于支持零件的多实体操作，还能够轻松治理零件更换，如进行 灵活的设计后期修改操作。此外，PDG图形化的结构

19、树可表示出模型特点 的组织层次结构，以便更清晰地了解阻碍设计更换的因素。设计人员能够 对整个特点组进行治理操作，以加快设计更换。作为PDG的补充，CATIA V5线架与曲面设计(WSF: CATI A Wireframe and Surface Design)在零件设计的初始时期，创建上下关联 的线架结构特点元素和差不多曲面。线架特点元素和差不多的曲面特点元 素的使用，大大丰富了现有的3D机构零件设计方法。它所采纳的基于特点 的设计方法提供了高效直观的设计环境，使得曲面和实体混合建模成为可当完成零件设计后，CATIA V5装配设计(ASD: CATIA Ass embly Design)能够关

20、心设计师用自顶向下(Top-down)或自底向上(Bot tom-up)的方法定义和治理多层次的大型装配结构，可真正实现装配设计和 单个零件设计之间的并行工程。通过简单地移动鼠标或选取图标，设计人员就能将零件拖动到 或快速移动到指定的装配位置；选择各种形式的机械约束，用来调整零件 的位置并建立起约束关系；选择手动或自动的方式进行更新，能够重新排 列产品的结构，并进行干涉和缝隙检查；无需复制相同零件或子装配数据， 就能够在同一个装配件或不同装配件中重复使用。建立标准零件或装配件的名目库，爆炸图的自动生成使用对设计的AOM部的准确信息。得到所有机械行为 部件巒 工作方式懂得专门容易，分析功能可检查

21、是否发生干涉以及是否超过了定义的间隙装配功能能够动态地切断产品结构和ASD提供的这些高效的(Bill of Material)表自动生成功能可图三 基于CATIA V5的数字轿车发动机和底盘零部件设计1.4数字轿车管路和电子线路设计1.4.1管路设计CATIA V5管路设计(PIP: CATIA Piping Design)提供完整的工 具用于创建、修改和分析管路设计，并进行建档和治理，该工具要紧用于 创建能捕捉所有适当设计信息和意图的智能化管路布置，自动放置弯管、 弯头、三通和减压阀等标准部件，这种智能化的管路设计功能可使设计人 员更高效地实现设计过程并对设计内容进行验证。PIP功能驱动的设

22、计可确保设计意图在任何修改中得到贯彻，与设计规则引擎的集成可实现设计过 程的自动化，并可确保企业的标准在整个设计过程中得到专门好地贯彻。1.4.2 电气导线布线设计CATIA V5 电气导线布线设计( EWR： CATIA Electrical Wire Rou ting)按照电气信号的功能定义，在数字化样机中进行电缆布局的定义和治 理，专门用于电气系统的物理形状设计，承诺设计人员在虚拟环境下解决 复杂布线咨询题，同时使链接物理电气系统与其功能性定义成为可能。针 对电缆布线的广泛性，EWR提供了线束的3D设计功能，设计人员能够在 虚拟环境专门是在虚拟爱护操作过程中随意提取物理电缆的功能性用途。

23、1.4.3 电气线束安装设计CATIA V5 电气线束安装设计( EHI：CATIA Electrical Harness In stallation)是一个专门用于在3D虚拟环境下进行电气装置物理形状设计的 产品，自然地，电气设计从机械设计环境开始，然后二者完全集成。在 3D 环境和电气装置之间能够专门方便地进行关联，也能够专门方便地修改。 E HI 提供了一系列带有几何及电气属性的标准件，能够在机械装配中进行线 束设计， 因此能够得到完整的包含电气系统的 3D 电子样机。由于与机械装 配的集成，电气线束能够连接在电气设备上，也能够连接在机械部件上。 设计人员能够充分享受了电气设计与机械装配

24、完全集成的带来的益处。1.4.4 电气线束展平设计CATIA V5 电气线束展平设计( EHF：CATIA Electrical Harness Fl attening)能够将EHI创建的3D线束展平，并产生有关的2D工程图，以进 行检查和归档。 EHF 提供了一整套工具来按照位置处理线束的不同线段以 得到多种解决方案，承诺设计人员按照线段的刚性情形来决定是展开，依 旧连续保留原始弯曲形状。 而 EHI 所定义的 3D 机械约束关系仍旧保留， 因 此该线段的弯曲半径和长度仍是被约束的。.4.5 电气元件库设计CATIA V5 电气元件库设计(ELB : CATIA Electrical Lib

25、rary )专 用于建立和治理电气系统库，如连接件、电气设备、电缆束支架、电缆等， 以便定义电气装置。承诺设计人员扩展机械零件和装配件使其带有电气属 性以定义成为电气设备，使用的名目库是机械和电气共用的。除治理电气 名目库以外， ELB 还能够按照 CSV 文件中电气属性及数字化电气系统中设I4I理方式生成电缆定义，包括电气特性和备安装匹配规则等有关属性，以及在设计电气系统时集成电气设备所需的兼容规则的治理等图四 基于CATIA V5的数字轿车管路和电子线路设计1.5数字轿车电子样机设计电子样机（DMU : Digital Mock-Up）技术被专门多人懂得为确实 是通过三维模型将零件装配在一

26、起，事实上，实现三维是实现电子样机的 最差不多的一步。按照欧洲高级信息化技术组织的定义：“电子样机DMU是对产品的真实化运算机模拟，满足各种各样的功能，提供用于工程设计、 加工制造、产品拆装爱护的模拟环境；是支持产品和流程、信息传递、决 策制定的公共平台；覆盖产品从概念设计到爱护服务的整个生命周期。”由此可见，电子样机技术要紧是指在运算机平台上，通过三维 CAD/CAE/CAM软件，建立完整的产品数字化样机，组成电子化样机的每 个部件除了准确定义三维几何图形外，还赋有相互间的装配关系、技术关 联、工艺、公差、人力资源、材料、制造资源、成本等信息，电子样机应 具有从产品设计、制造到产品爱护各时期

27、所需的所有功能，为产品和流程 开发以及从产品概念设计到产品爱护整个产品生命周期的信息交流和决策 提供一个平台。电子样机技术，不只是单纯的3D装配，具有以下的功能和特 点。（1）与CAX系统完全集成，并以“上下关联的设计”方式作 业。（2）提供强大的可视化手段，除了虚拟显示和多种扫瞄功能， 还集成了 DMU漫游和截面透视等先进手段。（3）具备各种功能性检测手段，如安装/拆卸、机构运动、干 涉检查、截面扫描等。（4）具有产品结构的配置和信息交流功能。由于电子样机（DMU ）技术加大了设计过程中最为关键的空间和尺寸操纵之间的集成，在产品开发过程中持续对电子样机进行验证，大部分的设计错误都能被发觉或

28、幸免，从而大大减少实物样机的制作与验证。CATIA V5的电子样机功能由专门的模块完成，从产品的造型、 上下关联的并行设计环境、产品的功能分析、产品扫瞄和干涉检查、信息 交流、产品可爱护性分析、产品易用性分析、支持虚拟实现技术的实时仿 真、多CAX支持、产品结构治理等各方面提供了完整的电子样机功能，能 够完成与物理样机同样的分析、模拟功能，从而减少制作物理样机的费用， 并能讲彳m过/L装CATIA DMU Fitting Si4，通过模拟爱护修理a生。FIT能够产生拆卸示识和确定装配件的过程和 乞验原始设计 t修改，还能预留空拆卸路径 服务和爱护等各部售、1.5.4电子样机:CATIAV5电子

29、样机运动机构模拟设计(KIN : CATIA DMU Kine ma|S Simul*r)通过调用大量已有的多个种类的运动副或者通过自动转 条件而产生的运动副，对任何规模的电子样机进行运动机 动干涉检验和校核最小间隙来进行机构运动分析。18掠体和包络体以成运动零件的轨迹、换机构够过与其它DMU产品的集成做更多械设殳计到功能评估的hrrl |KIN能设计。它还能够通真分析，能够满足从机类工程设计人员的需要。 勺的模拟和分析工具能够满足产品设计、再生利用、 勺具体要求，直观显示、仿真和动画制作等功能为销 市场和培训等部门提供了有益的关心。一1.5.5电子样机空间分析设计CATIA V5电子样机空间

30、分析设计(SPA: CATIA DMU Space Analysis)使用先进的干涉检查与分析工具、高级的断面分析工具、测量工具、和详尽的分析结果 何模型并将结果进行可视 结果进行剖视，并在剖 象之间的差异。SPA距离TI，并得到更为复杂比工具能够分析比较 3D几设计人员能够对运算了解并评估被比较对的集成，还能够进距离分析工具和3维几何对比工具等进行最佳的 DMU校验o SPA以交互式够处理电整个生命子样审核及产iill，能够对产品的能，保证其能图五 基于CATIA V5的数字轿车电子样机设计2.数字轿车开发一功能虚拟样机数字轿车开发是轿车数字化工程的核心，也是区别于以往早期 零部件级别的虚拟

31、设计最重要的方面，它面向整车系统一一功能虚拟样机。 产品设计人员在新型轿车开发的早期就全面考察数字轿车在各种工况下的 性能，真正使数字轿车设计由“形似”提升到“神似”，并进行整车系统的 调整，使数字轿车功能、成本、安全性、可靠性、舒服性等相互矛盾的性 能之间达到系统平稳与优化。2.1人机工程学分析人机工程学是运用生理学、心理学和医学等有关科学知识，研究组 成人机系统的机器和人的相互关系，以提升整个系统工效的新兴边缘科学。 人机工程学研究在设计人机系统时如何考虑人的特性和能力，以及人受机 器、作业和环境条件的限制。为了在进行产品设计过程中就专门好地解决“人一机一环境”之间的咨询题，CATIA V

32、5最早提出了人体设计与分析(E rgonomics Design & Analysis)解决方案。2.1.1人体模型构造CATIA V5 人体模型构造(HBR: CATIA Human Builder)在虚拟环境中建立和治理标准的数字化“虚拟”人体模型，以在产品生命周期的早期进行人机工程的交互式分析。 HBR 提供的工具包括：人体模型生成、 性别和身高百分比定义、人机工程学产品生成、人机工程学操纵技术、动 作生成及高级视觉仿真等。一个友好的用户接口确保了人体因素分析能够 由非人体分析专家进行研究。HBR 能够满足来自轿车、 工厂设计和电气产品等行业的设计工 程师、技术支持修理工程师和概念设计师

33、等不同工业界人士的需要。有效 地将HBR与HAA (人体行为分析)、HME (人体模型测量编辑)及 HPA(人体姿势分析)结合起来能够生成更高级的人体模型，得到更详尽的分 析结果，使设计更符合人机工程学对舒服性、功能性及安全性的要求。这 些产品的结合能够为设计人员提供人体工程设计详细的解决方案。2.1.2 人体行为分析CATIA V5 人体行为分析( HAA ：CATIA Human Activity Analysis)作为HBR的辅助模块，能够对处于虚拟环境中的人机互动进行特定的 分析。 HAA 的优点在于能够精确地推测人的行为。它提供了多种高效的人 体工程学分析工具和方法，能够全面分析人机

34、互动过程中的全部因素。2.1.3 人体模型测量编辑CATIA V5 人体模型测量编辑( HME：CATIA Human Measurements Editor)承诺设计人员通过大量的先进人体测量学工具生成高级的用户自 定义的人体模型。该模型依靠它的指定目标人群，能够用于评判设计与其 目标的吻合程度。 HME 能够满足专业人机工程分析师、技术支持爱护工程 师等不同设计人员的需要。2.1.4 人体姿势分析CATIA V5 人体姿势分析( HPA：CATIA Human Posture Analysis) 能够定性和定量地分析人机工程学上的各种姿势。人的整个躯体及各种姿 势能够从各个方面被全面系统地

35、反复检验和分析，以评定驾驶者的舒服性， 并能够与以公布的舒服性数据库中的数据进行比较，来检查、纪录和重放 人体全身或局部的姿势，确定有关人体的舒服度和可操作性。界面友好的 对话框提供了人体模型各个部位的姿势信息，颜色编码技术能够通过使用 不同的颜色标记，快速发觉有咨询题的区域，重新做出分析，并进行姿势计人员按照自己的实际应用，建立起自己的舒服度和强优化。HPA承诺度数据库设计，、来满足不同的需要图六 基于CATIA V5的人机工程学分析2.2工程分析CATIA V5提供了一套既适于设计人员又适于专业分析人员使用同 时通过工业验证的有限元分析解决方案(Analysis & Simulation)

36、，用来作 为设计人员进行决策的辅助工具，其无与伦比的易用性，使设计人员能够 进行设计与分析的反复叠代。与设计的完全集成和关联，设计人员不需要 进行传统有限元分析软件的前后置处理，只需在模型上添加载荷和约束， 系统就能够对设计进行验证。CATIA V5的分析解决方案覆盖了工程分析的 各个方面，包括线性的零件和混合装配分析、接触分析、屈曲分析、热机 械分析、零件和混合模型的模态分析、可变形装配公差分析等。2.2.1创成式结构分析CATIA V5 创成式零件结构分析(GPS: CATIA Generative Part St ructural Analysis)拥有先进的前处理、求解和后处理的能力，

37、为产品设计 人员和分析工程师提供了一种简便的应用和分析环境，承诺设计者对零件 进行快速的、准确的应力分析和变形分析。GPS所具有的明晰的、自动的 模拟和分析功能，使得在设计的初级时期，就能够对零部件进行反复多次 的设计和分析运算，从而达到改进和加大零件性能的目的。作为分析运算 的核心模块，GPS集成了一系列的更高级的可定制的专业级的分析求解工 具，能够使设计人员专门好地完成机械零件性能评估中所要求的应力分析、 振动分析和接触分析。关于实体部件、曲面部件和线框结构部件都能够在 G PS中实现结构分析。在一个专门直观的环境中，用户能够对零件进行自动 的应力分析(包括接触应力分析)和模态频率分析。G

38、PS自习惯技术支持应力运算时的局部细化，关于运算结果也提供先进的分析功能，例如实时 动态剖面。建立在GPS基础上的CATIA V5创成式装配件结构分析（GA S: CATIA Generative Assembly Structural Analysis）专门好地继承了 GPS 核心模块提供的所有的功能，承诺设计人员直截了当对装配进行定义，能 够直截了当调用通过 ASD 定义的装配连接来进行分析。 GAS 自动地完成以 下过程：对每个零件自动化分网格，然后将不能匹配的网格通过专门的组 合机制自动连接。能够实现对各种类型装配件结构的应力分析和振动分析， 而且通过在多部件之间建立起来的良好的连接关

39、系，使得在整个的分析过 程中，模型中各个特定的装配关系能够得到完美的体现。2.2.2 Elfini 结构分析CATIA V5 Elfini 结构分析（ EST： CATIA Elfini Structural Analys is）提供了能够满足分析专家需求的高级分析选项。EST继承了 GPS的所有功能。同时，它进一步给出了更多的分析类型和补充选项，扩展了 GPS 功能，以便进行更为高级的前、后处理和分析解算。EST通过与GAS结合 使用，既能够对零件进行结构分析， 也能够对装配件进行结构分析。作为 一个集成化的模块，EST结合CATIA V5其它设计模块，提供了完全有关 的分析规范，设计上的变

40、化会直截了当反映到分析结果的变化，因此能够 快速完成高质量的设计。2.2.3 变形装配件公差分析CATIA V5 变形装配件公差分析（ TAA： CATIA Tolerance Analysi s of Deformable Assembly）提供一套基于单个零件公差，运用变形与装配 分析，对钣金件进行装配公差分析推测的工具，能够推测钣金零件焊接体 （螺钉连接或铰接）的公差一致性，分析推测过程中会充分考虑装配中的 产品、流程和资源等因素。 TAA 能够直截了当应用到设计时期，关心设计 者确定或验证装配流程 （例如装配次序或焊接 /铆接次序等）、相应的装配公 差、钣金结构件的几何外形与各种属性值

41、（例如厚度、材料等） 。同样能够 应用到生产制造时期，用来发觉一些需要纠正的流程错误，而且能够结合 灵敏度分析来组织加工过程 （例如增加一些新的定位装置、 修改焊接次序）。 TAA 与 CATIA V5 其它分析环境相集成，使设计人员不仅能够分析单个零部件的有效期阻碍而且能够考虑整个装配过程中发生的变形，从而为零件 优化设计和装配工艺优化提供反馈，使产品进行全面质量改进成为可能。图七 基于CATIA V5的工程分析2.3中间数据格式接口231初始图形交换规范IGES初始图形交换规范(IGES: Initial Graphics Exchange Specification) 是美国国家标准局和

42、工业界于1975年共同制定并实施的。CATIA V5提供 的 IGES 接口( IGI : CATIA IGES In terface)能够关心多个 CAD/CAM 系 统并存的制造企业通过IGES中性数据格式进行数据交换。该有用程序支持 IGES5l3版本乃具有IGES元素名字和CATIA V5几何元素标识之间的 理3D线架元素、曲面和剪载曲面元素、等距偏 、二次曲线和颜色。转换完成后，同时产生一个H 專告。设计人员能够在两个完全不同的系统之间直截了当进 行可靠的双向数据交换，甌能够自动存取名字匹配治理功置曲线、表皮和表皮TML格式转换71yIGES文件。图八 基于CATIA V5的中间数据

43、格式接口2.4第三方软件无缝接口2.4.1 与 ANSYS、NASTRAN 的专用接口基于设计员级的有限元分析及优化，由CATIA V5创成式结构分析 模块完成，包括零部件和装配件的结构分析、静载分析及模态分析。关于复杂的非线性有限元分析可在 CATIA V5中进行网格划分，然后进入市场上流行的有限分析软件ANSYS或NASTRAN系统中，进行分析运算，最后再由CATIA V5进行后置处理。CATIA V5与ANSYS 及NASTRAN分别都有专门的接口，不必做任何数据转换。NASTRAN还专门针对CATIA V5开发了分析模块V5i。2.4.2与ADAMS软件的专用接口CATIA V5与市场

44、上流行的动力学分析软件 ADAMS软件有专门的接口，运行该接口后，ADAMS软件可在CATIA V5中使用，就像CATIA V5的一个模块一样。3. 虚拟加工按照虚拟制造的要求，虚拟加工平台要进行数字轿车可加工性 分析，包括零部件制造设计与分析（如：焊接、钣金和模具）、制造过程碰 撞干涉检验及运动轨迹检验（如：数控加工）等。3.1虚拟焊接设计CATIA V5能够在高效、直观的环境中进行焊接装配设计（WDG :CA和型槽焊（V型、U 艺，用于创建焊接和对数字化预装配、质量惯TWed询世），为设计人员提供了角焊、对接焊、铲边焊、坡口焊 型和j型等八种类型的焊接设计方法和先进的焊接工H的标注Z，在

45、3D数字样机中实现焊接，可使设计者【预留和工程图标注等进行详细的治理。图九基于CATIA V5的虚拟焊接设计3.2虚拟钣金设计CATIA V5 提供的钣金件设计（SMD: CATIA Sheetmetal Design） 使用基于模型特点的技术方法专门进行钣金零件设计，包括许多标准的设 计特点，如加大筋、压印和扫掠特点等。承诺设计人员在钣金零件的非展 开表示和展开表示之间实现并行工程。SMD能够直截了当从草图或已有实体模型开始，还能够与之前和之后的CATIA V5其它应用模块如零件设计、 装配设计和工程图生成模块等结合使用，因此加大了设计的上游和下游之 间的信息交流与共享。与SMD配合使用的钣

46、金加工设计（SHP: CATIA SheetmetalProdSg）专门应用于钣金零件的加工预备工作。 换为可加工可将3D折叠的钣金模型转而提供了覆盖钣金零件从设计到制造的开模型，提供可加工性检查等有用工具及与其它外部钣金 加工软件进行数据交换的接口。 整个流程的完备的解决方案。图十 基于CATIA V5的虚拟钣金设计3.3虚拟模具设计CATIA V5 凹凸模设计（CCV: CATIA Core and Cavity Design）使得设计人员快速和经济地设计模具加工和生产中所使用的凹模和凸模。CCV可进行模具凹凸模的关联性定义，评估零件的可成型性、加工可行性、 和凹凸模模板的详细设计。它的技

47、术标准（是否可用模具成型）能够决定 零件是否能够被加工，快速分模工具可将曲面或实体零件分割为带滑块和 活络模芯的凹凸模，承诺设计人员在凹凸模曲面上填补技术孔、识别分模 线和生成分模曲面。在此基础上，CATIA V5模具工具设计（MTD : CATIA MoldTooling Design）通过调用标准库中已有的部件或自定义的设计， 提供快捷、 低成本的塑料注射模具的设计工具。MTD支持包括凸凹模固定板定义、组 件实例化、注射和冷却特点定义等模具设计的所有工作，用于定义和治理 模具设计。它提供高效的设计环境，如生成分型线和分型面、设计新类型 的模具部件、模具仿真装配图纸生成及模具组装、加工等。以

48、标准名目建立强关联的关系，快速、经济地创建库（dMP、UE-AMERICA、oc、FUTABA、HASCO、MISUMI、NAT IONAL、RABOURDINE和STRACK等）访咨询功能为基础，通过对组件及 其关联孔的混合实例化，一使得模具零件和装配的自动配置。在的知识驱动 的环境下，与用.该模具制造的零件复杂的注塑模具。图一基于CATIA V5的虚拟模具设计3.4虚拟数控加工设计CATIA V5数控加工解决方案是唯独的一个建立在单一的基础架 构上、基于知识工程、覆盖所有 CAM应用的集成解决方案。基于 CATIA 独有的产品/流程/资源（PPR）模型，使产品模型、加工工艺和加工时使用 的

49、机床、刀具、工装夹具、人员等加工资源达到高层次的关联，从而实现 高效的更换治理，更好地支持并行工程和治理加工流程。通过集成知识工 程的能力使加工自动化和标准化。CATIA V5的NC加工覆盖了从快速成型、 车削到高级5轴切削最全面的加工方法，从而减少治理费用。3.4.1 高级加工设计CATIA V5 高级加工设计（ AMG ：CATIA Advanced Machining） 可在单一平台下专门方便地进行 NC编程，在加工那些复杂的3D零件（例 如：轿车车身覆盖件模具、液力变矩器叶片模具等）时，能够提供的加工 操作涵盖了铣削加工中包括固定轴加工在内的从 2 轴半到 5 轴的所有加工 流程。CA

50、TIA V5系列数控加工设计模块差不多为设计人员提供了一整套加 工编程方法。除此以外， AMG 还引入了多轴侧刃轮廓加工方法和高级的多 轴加工方法。3.4.2 车削加工设计CATIA V5 车削加工设计（LMG : CATIA Lathe Machining）用来 方便地定义 3D 轴类（旋转类）零件在立式或卧式车床上进行 2 轴车削和点 位加工的 NC 程序，提供了高级的自动化和知识重用功能。 专门针对所有类 型的轴类零件，可满足机加工行业和装配行业，以及需要进行车削加工的 所有待业的需求。关于 CAM 加工中心， LMG 专门偏重于产品的易用性和 高水平的加工能力，因此能够作为车间一级的独

51、立产品使用。3.4.3 多轴曲面加工设计CATIA V5 多轴曲面加工设计 （MMG: CATIA Multi-Axis Surface Machi ning）能够在多轴模式下方便地定义加工三维零件复杂曲线曲面的NC程序。MMG采纳多轴曲面加工操作，配置包括倾斜轴线在内的各种不同 的刀具轴线机制，能够选择多种刀轴策略，包括刀轴的动态倾斜以防止碰 撞，快速生成刀具轨迹，并可将刀具轨迹生成、仿真（材料切除）和编辑 紧密地联系在一起。MMG 专门合适于轿车的电子样机及模具加工仿真，以 5轴联 动的加工为轿车提供高质量的曲面。另外， MMG 也能满足原型加工、 5轴 切削及特种切削的要求。 5轴加工能

52、够保证加工的快速和精确。 MMG 的易 学易用及强大的加工能力使它既能够作为一个单独产品在 CAM 加工中心 的某一车间使用，也专门适合于整个 CAM 加工中心。3.4.4 两轴半曲面加工设计CATIA V5 两轴半曲面加工设计（ PMG: CATIA Prismatic Machining）采纳2.5轴铣及钻孔加工技术，模型简单方便地定义和治理3D零件2轴半铣切和点位加工的NC程序，提供了高级的加工知识重用的功能，支持 高速切削技术。刀具能够直截了当调用外部刀具库。PMG专门针对工装和平面类零件（棱柱件），适用于轿车制造和装配行业。简单易用和广泛适用 性的加工能力，使其专门适用于车间一级的

53、CAM加工中心。3.4.5三轴曲面加工设计CATIA V5 三轴曲面加工设计（SMG： CATIA 3 Axis Surface Ma chining）用来定义和治理3轴NC程序，专门针关于3轴加工技术，面向3 D几何体。能够专门容易地定义 3轴铣切加工和钻孔操作，能够生成、仿 真（材料切削）和分析刀具轨迹。基于图形对话框的直观的用户界面能够 快速地进行刀具轨迹定义。实时周期更新技术（Instant Cycle Update Tech nology）能够快速更新刀具轨迹。高速铣削技术支持所有的操作，刀具可专 门容易地在刀具库中创建和储备。通过一个集成的后处理器，SMG能够生成包括从刀具轨迹定

54、义到NC代码生成的整个加工过程。车间加工文档能够生成为HTML格式文件，与其它CATIA V5设计模块紧密有关，它能够有效地进行设计修改 和治理。SMG功能涵盖了轿车全部的制造工艺过程，专门适用于工、模具 加工等方面的需求；同时也适用于其它曲面加工流程，如原型加工等；还 能够独立运用于以CAM为中心的加工车间，专门适合于要求高质量、短周 期的大型制造企业。3.4.6 STL快速成形设计CATIA /E QTI快速成形设计（STL: CATIA STL Rapid Prototyping）趣供了通过 网格的功能H余或重组三甬形单元、填充孔以及整体或局部重新划分 质量的高.级工具。能够通过对CAD

55、数据划分网格来快速准确地生成一STL文件；能够导入已有的STL文件，显示网格并分析其 ;还能够微量偏置网格生成实体以及对网格分割与合并。生成的网格 导出为标准的二进制STL文件提供给快速成型机。图十二 基于CATIA V5的虚拟数控加工设计4. 虚拟生产该平台将支持生产环境的布局设计及设备集成、产品远程虚拟 测试、企业生产打算及调度的优化，进行可生产性分析。包括虚拟设备集 成、虚拟生产环境布局和虚拟打算与调度。4.1 虚拟生产线设计4.1.1 电缆布线设计CATIA V5 电缆布线设计( ECR：CATIA Electrical Cableway Rout ing)进行电缆系统的3D设计实施，

56、承诺在3D空间实现所有在电气原理图 中定义的电气组件。 ECR 能自动治理空间预留项的创建、按照电气连通信 息(原理图)来治理它的放置、以及隔离空间生成。通过使用ECR,设计人员能够把电气特性和机械特性集成起来，能够解决在虚拟环境中的复杂 电缆布线咨询题。4.1.2 系统空间预留设计CATIA V5 系统空间预留设计( SSR：CATIA Systems Space Reser vatio n)能够优化电气系统的布线和布局，提供了一种高效低成本的方法， 用于为管线和电缆设计预留空间，以及进行审查和验证。SSR定义包括组件和通道的空间预留网络，并隔离这些空间预留网络。整个过程能够通过 简单直观的

57、用户界面来完成，能把传统的 2D 布置图和 3D 设计建模功能结 合起来。还可自定义曲面连接通道，通道可随时在自由空间动态生成。这 一强大的功能使设计人员能够在通道的任意不同界面形状之间转换，例如 从圆形截面到矩形截面。作为集成的可扩展的模块，SSR保证了从概念设计的空间预 定，到差不多设计的布线及设备放置之间的无缝连接。SSR是专门为轿车等交通行业设计，新的解决方案关心制造企业有效地建立和治理其系统布 局，专门是电气系统。4.1.3 系统布线设计CATIA V5 系统布线设计(SRT: CATIA Systems Routing)是概念 设计应用模块，能够在概念设计早期就按照所有要求来优化他们的布线设 计，能够优化管道系统、传输系统、风管系统、电缆系统及排水管道系统等各种专业系统的布局，使系统规划人员能够为最终的功能以及详细布置 预留必要的合适的空间。SRT 承诺完全地定义一个零件或一个布线设计， 然后将其演化为真 实的几何体或零件。这种“演化”能力使设计人员能够自由以自己的速度 进行系统布局的详细设计，并能最大程度地利用前人已有的设计成果。 SR T 能够从概念设计到厂房爱护时期对系统组成进行强有力且灵活有效的治 理，也能够从