论文部分内容阅读
摘要：CATIA 软件是一套完整的含三维设计、分析计算、动态模拟与仿真的CAD/CAM/CAE 一体化软件，同时嵌入众多辅助设计功能，并具有强大的拓展功能和二次开发功能。文章总结了基于CATIA 软件平台在汽车研发设计领域的关键应用方案，其具有的零件标准库，人机工程功能，以及知识工程模块极大地改变了传统汽车设计工业，可有效降低汽车研发设计复杂度和工作量，提高产品设计的标准化程度，从而缩短汽车产品研发设计周期，为新产品赢得更多地市场先机。
关键词：CATIA软件；汽车总布置设计；应用
汽车制造行业的竞争从未停止，竞争的环境较为恶劣。产品得不到及时的更新，研发的现状似乎有所缓慢，现代汽车的制造是研发、生产和销售一条龙服务，产品的核心理念决定汽车的研发宗旨，汽车设计在应用CATIA 软件时应当结合自己的核心理念，促使汽车的各个系统能够更好的得到开发。
一、CATIA 软件概述
1.CATIA 软件型号。CATIA 软件有许多型号，其中的一款较为先进的三维设计软件，在汽车领域中对于它的应用较为广泛，CATIA软件对汽车产品的所有方面进行设计和仿真模拟，对车辆的造型可以进行设计，对机械可以进行加工和分析，CATIA 软件中有很多模块和指令，对于使用者来说较为全面。CATIA 软件可以建立运动机构的模型，可以对三维图形进行分析，对于图形里的几何结构和运动形态加以模拟。在设计和制造产品时，对于复杂的模型，CATIA 软件对内部的情况了如指掌，产品内部的观察较为到位，对于漫游的状态也较为清楚和了解，对于产品还可以进行检查，最后建立运动的模型设计方案，进行三维立体的演示，通过视频呈现出来，CATIA 软件可以准确的呈现出模型的结构细节，为工作人员提供较为清晰的仿真动态，对于汽车的设计提供依据。
2.操作简介。CATIA 软件的工作界面较为简洁，按照操作要求在开始菜单中的数字模拟中寻找DUM Kinematics，点击即可进入工作界面。在工具栏中寻找DUM 运动副创建工具条，它可以建立对应的十六种不同的运动副。在下面的工具栏中可以进行动画播放、轨迹创建和编辑等功能的操作，还可以将呈现的状态进行录制。第三工具栏呈现的就是对机构运动的实现功能，可以将运动的仿真效果加以动态化处理。CATIA 软件打开即可进入工作状态，模具被打开后可以输送命令指令，将模具中的所有零件约束起来，运動副添加完成后，就可以对部件进行约束，约束完成后，进行指令的转换功能并且施加驱动，最后即可呈现出完整的运动轨迹，模具可以对运动进行仿真，然后检查模具。技术可行性原则，要求所设计的车型的整车尺寸、质量、各大系统和人机工程布置方案，在现有的技术基础上是可行的。目前人们追求汽车空间大、动力经济、整车舒适等性能，这些性能的实现必须从技术上进行满足，设计人员要从技术可行性方面出发，设计的车型既要满足法律法规的要求，又要对整车的质量、发动机的匹配、悬架的设计等方面进行分析设计。脱离了技术可行性，要么导致设计不可实现，要么导致产品问世后性能和质量问题不断。汽车总布置设计中，为了使新开发的产品更具有竞争力和吸引力，不应拘泥于现有的车型选择和布置型式，而应在经过各种可行性分析的基础上，进行创新。
二、CATIA软件在汽车总布置设计中的应用
1.应用CATIA 软件建立整车的数据模型。企业开发新产品一般会在现有的平台上进行改进研发，已经开发出来的产品需要对整车的零部件进行三维数据建模，应用CATIA 软件对整车的零部件分别建模，将各个总成进行数据虚拟装配，然后进行总体装配，形成整车模型。为独立悬架总成的装配图。对于一些外购产品，整车厂需要向外购厂家索取三维数据模型，如：发动机三维模型、后桥三维模型、变速箱三维模型等，这样可以大大节省时间，而且可以保证整车设计数据的准确性。
2.CATIA 软件在总布置图中的应用。车型和整车尺寸确定完成后，应用CATIA 软件绘制整车的总布置图，整车总布置图可以直接从整车三维数据模型生产，在CATIA 工程制图中对整车的尺寸进行标注，这样大大节省了绘图的时间。传统的绘图方法是利用CAD 二维软件对整车的大致轮廓进行绘制，然后再进行尺寸标注，这样需要对整车的外形和尺寸非常了解，而且对二维软件的操作非常熟悉的工程师才能完成。利用CATIA软件直接生成工程制图的方法来确定整车的总布置图，只需要了解CATIA 的操作就可以完成，自动化程度非常高，简单易用。应用CATIA 软件直接生成整车总布置图，可以实现对整车数据模型的及时更新，对不满足设计要求的尺寸进行调整，实现整车数据三维数据模型的更新显示，可以对整车设计阶段整车的外观进行数据评审，更加省时便捷。
3.CATIA 软件在整车校核中的应用。整车数据校核就是对整车法规人机校核，并形成校核报告。应用CATIA 软件可以方便的对整车三维数据模型进行法规人机校核，校核整车各个总成布置的合理性及可维修性。应用CATIA 软件主要对整车的以下系统进行校核：整车外形尺寸、动力总成、冷却系统、进气系统、排气系统、燃油系统、电气系统、行驶系统、制动系统、传动系统、内外饰、车身以及人机工程等。应用CATIA 软件的DMU 功能对整车各个总成间的间隙和干涉情况进行分析，对设计要求进行检测。如对排气系统进行校核，保证排气管与油箱、转向机油管、转向机防尘套、换挡拉线、发动机悬置软垫的最小间隙≥200mm，从而满足设计要求。在CATIA 软件的DMU 模块里面建立前悬架运动模型，并做出轮胎包络面（轮胎上下跳动及转向时形成的运动轨迹），我们可以利用轮胎包络面来校核轮胎与周边件的间隙，人机工程设计主要基于对人体模型数据库的建立，一切经验数据均通过人体的尺寸并借助于SAE 的方法和工具进行布置分析。在汽车设计中，常把95%男人人体尺寸作为设计上限，5%女人人体尺寸作为设计下限，因此设计就可以满足90%的人的需要。应用CATIA 软件人机功能模块可以确定座椅参考点（SgRP）的位置、座椅靠背角和座椅调节行程，对驾驶员的视野进行设计、A 柱盲区进行校核、驾驶员和乘客的进出方便性、内部空间进行校核、可维修性、仪表及操纵件的布置进行校核等。参考市场上成熟车型，仪表盘平面和仪表盘中心与眼球中心连线与水平面的夹角一般控制在20°±22°范围内，应用CATIA 软件人机功能模块对发动机机罩掀起高度进行校核。对后备箱箱盖的掀起高度进行校核。对燃油的加注性能进行校核。
4.CATIA 软件对汽车零部件的有限元分析。CATIA 软件的“分析与模拟”模块可以对汽车零部件进行有限元分析，对零部件的各阶模态、结构强度和刚度进行分析。有限元分析的流程为：建立结构的CATIA 三维模型→划分网格→约束、加载→计算→有限元结果→对结果进行分析。如对排气系统吊钩位置的选取：排气系统吊钩的位置必须满足以下三点设计原则：①吊钩应该位于振动的节点上；②吊钩应该在纵向能够延伸；③吊钩应该位于车身结构的刚性处。如果仅凭经验很难找到准确的位置，应用CATIA 软件的有限元分析功能对排气系统进行有限元分析，划分网格，添加约束并行计算，对排气系统进行各阶模态分析，从而确定排气系统上的最佳吊钩位置，进一步确定车身的吊钩位置，并增加车身吊钩位置处的刚度，从而保证强度和刚度要求。
随着汽车工业的不断发展和进步，基于三维设计、分析计算、动态模拟与仿真的一体化软件功能的CATIA 在汽车设计研发领域的应用不断深入。其全参数化的理念，以及强大的拓展和二次开发功能为广大的汽车研发设计者带来福音，通过高度标准化的零部件，智能化的人机仿真模拟以及强大的知识工程，可大幅降低汽车研发设计的繁杂度，降低研发成本，缩短研发周期，加快汽车新产品的上市进程。
参考文献：
[1]赵立营，黄翔.基于CATIA的三维标准件库的研究与实现[J].机械制造与自动化，2016（1）：54-56.
[2]丁岩.新一代的CATIA V5[J].CAD/CAM 与制造业信息化，2017（4）.
[3]龚礼洲，黄金陵.面向对象技术在基于知识的工程系统开发中的应用[J].汽车工程，2016（3）.
关键词：CATIA软件；汽车总布置设计；应用
汽车制造行业的竞争从未停止，竞争的环境较为恶劣。产品得不到及时的更新，研发的现状似乎有所缓慢，现代汽车的制造是研发、生产和销售一条龙服务，产品的核心理念决定汽车的研发宗旨，汽车设计在应用CATIA 软件时应当结合自己的核心理念，促使汽车的各个系统能够更好的得到开发。
一、CATIA 软件概述
1.CATIA 软件型号。CATIA 软件有许多型号，其中的一款较为先进的三维设计软件，在汽车领域中对于它的应用较为广泛，CATIA软件对汽车产品的所有方面进行设计和仿真模拟，对车辆的造型可以进行设计，对机械可以进行加工和分析，CATIA 软件中有很多模块和指令，对于使用者来说较为全面。CATIA 软件可以建立运动机构的模型，可以对三维图形进行分析，对于图形里的几何结构和运动形态加以模拟。在设计和制造产品时，对于复杂的模型，CATIA 软件对内部的情况了如指掌，产品内部的观察较为到位，对于漫游的状态也较为清楚和了解，对于产品还可以进行检查，最后建立运动的模型设计方案，进行三维立体的演示，通过视频呈现出来，CATIA 软件可以准确的呈现出模型的结构细节，为工作人员提供较为清晰的仿真动态，对于汽车的设计提供依据。
2.操作简介。CATIA 软件的工作界面较为简洁，按照操作要求在开始菜单中的数字模拟中寻找DUM Kinematics，点击即可进入工作界面。在工具栏中寻找DUM 运动副创建工具条，它可以建立对应的十六种不同的运动副。在下面的工具栏中可以进行动画播放、轨迹创建和编辑等功能的操作，还可以将呈现的状态进行录制。第三工具栏呈现的就是对机构运动的实现功能，可以将运动的仿真效果加以动态化处理。CATIA 软件打开即可进入工作状态，模具被打开后可以输送命令指令，将模具中的所有零件约束起来，运動副添加完成后，就可以对部件进行约束，约束完成后，进行指令的转换功能并且施加驱动，最后即可呈现出完整的运动轨迹，模具可以对运动进行仿真，然后检查模具。技术可行性原则，要求所设计的车型的整车尺寸、质量、各大系统和人机工程布置方案，在现有的技术基础上是可行的。目前人们追求汽车空间大、动力经济、整车舒适等性能，这些性能的实现必须从技术上进行满足，设计人员要从技术可行性方面出发，设计的车型既要满足法律法规的要求，又要对整车的质量、发动机的匹配、悬架的设计等方面进行分析设计。脱离了技术可行性，要么导致设计不可实现，要么导致产品问世后性能和质量问题不断。汽车总布置设计中，为了使新开发的产品更具有竞争力和吸引力，不应拘泥于现有的车型选择和布置型式，而应在经过各种可行性分析的基础上，进行创新。
二、CATIA软件在汽车总布置设计中的应用
1.应用CATIA 软件建立整车的数据模型。企业开发新产品一般会在现有的平台上进行改进研发，已经开发出来的产品需要对整车的零部件进行三维数据建模，应用CATIA 软件对整车的零部件分别建模，将各个总成进行数据虚拟装配，然后进行总体装配，形成整车模型。为独立悬架总成的装配图。对于一些外购产品，整车厂需要向外购厂家索取三维数据模型，如：发动机三维模型、后桥三维模型、变速箱三维模型等，这样可以大大节省时间，而且可以保证整车设计数据的准确性。
2.CATIA 软件在总布置图中的应用。车型和整车尺寸确定完成后，应用CATIA 软件绘制整车的总布置图，整车总布置图可以直接从整车三维数据模型生产，在CATIA 工程制图中对整车的尺寸进行标注，这样大大节省了绘图的时间。传统的绘图方法是利用CAD 二维软件对整车的大致轮廓进行绘制，然后再进行尺寸标注，这样需要对整车的外形和尺寸非常了解，而且对二维软件的操作非常熟悉的工程师才能完成。利用CATIA软件直接生成工程制图的方法来确定整车的总布置图，只需要了解CATIA 的操作就可以完成，自动化程度非常高，简单易用。应用CATIA 软件直接生成整车总布置图，可以实现对整车数据模型的及时更新，对不满足设计要求的尺寸进行调整，实现整车数据三维数据模型的更新显示，可以对整车设计阶段整车的外观进行数据评审，更加省时便捷。
3.CATIA 软件在整车校核中的应用。整车数据校核就是对整车法规人机校核，并形成校核报告。应用CATIA 软件可以方便的对整车三维数据模型进行法规人机校核，校核整车各个总成布置的合理性及可维修性。应用CATIA 软件主要对整车的以下系统进行校核：整车外形尺寸、动力总成、冷却系统、进气系统、排气系统、燃油系统、电气系统、行驶系统、制动系统、传动系统、内外饰、车身以及人机工程等。应用CATIA 软件的DMU 功能对整车各个总成间的间隙和干涉情况进行分析，对设计要求进行检测。如对排气系统进行校核，保证排气管与油箱、转向机油管、转向机防尘套、换挡拉线、发动机悬置软垫的最小间隙≥200mm，从而满足设计要求。在CATIA 软件的DMU 模块里面建立前悬架运动模型，并做出轮胎包络面（轮胎上下跳动及转向时形成的运动轨迹），我们可以利用轮胎包络面来校核轮胎与周边件的间隙，人机工程设计主要基于对人体模型数据库的建立，一切经验数据均通过人体的尺寸并借助于SAE 的方法和工具进行布置分析。在汽车设计中，常把95%男人人体尺寸作为设计上限，5%女人人体尺寸作为设计下限，因此设计就可以满足90%的人的需要。应用CATIA 软件人机功能模块可以确定座椅参考点（SgRP）的位置、座椅靠背角和座椅调节行程，对驾驶员的视野进行设计、A 柱盲区进行校核、驾驶员和乘客的进出方便性、内部空间进行校核、可维修性、仪表及操纵件的布置进行校核等。参考市场上成熟车型，仪表盘平面和仪表盘中心与眼球中心连线与水平面的夹角一般控制在20°±22°范围内，应用CATIA 软件人机功能模块对发动机机罩掀起高度进行校核。对后备箱箱盖的掀起高度进行校核。对燃油的加注性能进行校核。
4.CATIA 软件对汽车零部件的有限元分析。CATIA 软件的“分析与模拟”模块可以对汽车零部件进行有限元分析，对零部件的各阶模态、结构强度和刚度进行分析。有限元分析的流程为：建立结构的CATIA 三维模型→划分网格→约束、加载→计算→有限元结果→对结果进行分析。如对排气系统吊钩位置的选取：排气系统吊钩的位置必须满足以下三点设计原则：①吊钩应该位于振动的节点上；②吊钩应该在纵向能够延伸；③吊钩应该位于车身结构的刚性处。如果仅凭经验很难找到准确的位置，应用CATIA 软件的有限元分析功能对排气系统进行有限元分析，划分网格，添加约束并行计算，对排气系统进行各阶模态分析，从而确定排气系统上的最佳吊钩位置，进一步确定车身的吊钩位置，并增加车身吊钩位置处的刚度，从而保证强度和刚度要求。
随着汽车工业的不断发展和进步，基于三维设计、分析计算、动态模拟与仿真的一体化软件功能的CATIA 在汽车设计研发领域的应用不断深入。其全参数化的理念，以及强大的拓展和二次开发功能为广大的汽车研发设计者带来福音，通过高度标准化的零部件，智能化的人机仿真模拟以及强大的知识工程，可大幅降低汽车研发设计的繁杂度，降低研发成本，缩短研发周期，加快汽车新产品的上市进程。
参考文献：
[1]赵立营，黄翔.基于CATIA的三维标准件库的研究与实现[J].机械制造与自动化，2016（1）：54-56.
[2]丁岩.新一代的CATIA V5[J].CAD/CAM 与制造业信息化，2017（4）.
[3]龚礼洲，黄金陵.面向对象技术在基于知识的工程系统开发中的应用[J].汽车工程，2016（3）.