CATIA全稱Computer Aided 3-D Interface Application，自20世紀(jì)80年代由法國Dassault System公司開發(fā)成功，便迅速壯大發(fā)展，目前已廣泛應(yīng)用于航空航天業(yè)，汽車制造工業(yè)，造船工業(yè)，廠房設(shè)計業(yè)，加工裝配等各大行業(yè)。尤其在汽車制造工業(yè)領(lǐng)域，CATIA已成為歐洲汽車工業(yè)乃至北美、亞洲汽車工業(yè)事實意義上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其客戶涵蓋了歐洲著名的汽車一線品牌，如寶馬、奔馳、克萊斯勒等。CATIA在汽車風(fēng)格造型，車身設(shè)計以及發(fā)動起引擎開發(fā)等方面提供了E2E（端對端）解決方案，可有效降低汽車研發(fā)設(shè)計復(fù)雜度和工作量，提高產(chǎn)品設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化程度，加速汽車新車型新產(chǎn)品的上市進(jìn)程，為新產(chǎn)品贏得更多地市場先機(jī)。

1 龐大的零件標(biāo)準(zhǔn)庫及二次開發(fā)功能，加快汽車設(shè)計研發(fā)進(jìn)度

    作為傳統(tǒng)制造工業(yè)的典范產(chǎn)品，汽車具有龐大的零部件系統(tǒng)，而這些零部件系統(tǒng)在長達(dá)一個半世紀(jì)的演化過程中已經(jīng)高度標(biāo)準(zhǔn)化，而且汽車標(biāo)準(zhǔn)件在汽車全部零件數(shù)量中的比重也在不斷地提高。CATIA V5系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)化部件的應(yīng)用功能-CatalogBrowser，該部件標(biāo)準(zhǔn)庫可以大量降低研發(fā)設(shè)計人員的勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)設(shè)計的預(yù)判性和前瞻性，加快汽車設(shè)計研發(fā)進(jìn)度。更為重要的是，CATTA V5的CatalogBrowser具有極強(qiáng)地二次拓展性，眾多汽車制造公司基于各自車型體系以及區(qū)域化的標(biāo)準(zhǔn)差異，基于CATIA V5提供的平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)設(shè)計，研發(fā)出更具針對性的自用標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫。

    自用標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫事實上通過兩個層級同時實現(xiàn)（圖1）：一是創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件類型，確立標(biāo)準(zhǔn)件的父類(Parent Class)，以及標(biāo)準(zhǔn)件的屬性信息。通過建立標(biāo)準(zhǔn)件的類型索引，可以方便具體設(shè)計人員檢索或者調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件。二是在系統(tǒng)中創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件，建立標(biāo)準(zhǔn)件的三維數(shù)據(jù)模型以及參數(shù)化信息，并創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件類別(Catalog)。

圖1 CATIA V5標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫開發(fā)創(chuàng)建流程圖

2 智能化的人機(jī)工程功能，解決人體舒適性和安全性問題

    人機(jī)工程學(xué)是一門運用各種交叉學(xué)科，去研究機(jī)械運轉(zhuǎn)過程中，人、機(jī)械及工作環(huán)境互相影響的交叉學(xué)科�，F(xiàn)代汽車的研發(fā)設(shè)計過程中，尤其強(qiáng)調(diào)汽車工作期間，駕駛?cè)藛T以及乘客所獲得舒適感受以及行車安全等因素，也就是說在汽車研發(fā)設(shè)計階段，就需要很好地解決“人機(jī)環(huán)境”之間的相互作用問題。CATIA V5率先提出了人機(jī)設(shè)計與分析的解決方案，并被集成為四大模塊：人體模型構(gòu)造器HBR，人體模型測量編輯HMF，人體姿態(tài)分析HPA以及人體行為分析HPA。

    在汽車的人機(jī)工程中，人（包括駕駛員和乘客）和汽車是相互作用的主體。因此我們需要在充分了解人的身體和生理等各方面的參數(shù)后，根據(jù)汽車不同的工作形態(tài)，對汽車各方面功能進(jìn)行人性化設(shè)計，使我們汽車產(chǎn)品能夠最大程度上地滿足駕駛?cè)藛T和乘客的舒適性和安全性訴求。而在CATIA軟件中，嵌入了大量基于人體測量學(xué)的數(shù)據(jù)源和理論系統(tǒng)，并通過這些人體測量學(xué)數(shù)據(jù)建立起參數(shù)化人（虛擬人模型），（圖2）虛擬人模型擁有仿真的人體結(jié)構(gòu)以及人體動力學(xué)和運動學(xué)特征。同時研發(fā)設(shè)計人員可以根據(jù)不同的設(shè)計目標(biāo)在CATIA V5軟件中植入人機(jī)特征評價模型，如人體舒適性，人體安全性或者人體可視性及可及性等評價體系。在此基礎(chǔ)中，研發(fā)人員可以在特定的工作場景中進(jìn)行各種各樣的人機(jī)動態(tài)或者靜態(tài)的仿真模擬。如果反饋結(jié)果是積極的且符合設(shè)計目標(biāo)的，設(shè)計人員可以進(jìn)行下一步的實施設(shè)計。如果反饋結(jié)果是負(fù)面的不符合設(shè)計要求的，設(shè)計人員可以及時的對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行修正，以達(dá)到不斷優(yōu)化設(shè)計的目的。

圖2 CATIA V5人機(jī)分析流程簡圖

3 強(qiáng)大的知識工程，優(yōu)化車身總布置設(shè)計

    汽車車身總布置指研究汽車車身的部件布置以及其設(shè)計，是整車設(shè)計得的重要組成部分。傳統(tǒng)車身總布置主要依靠設(shè)計團(tuán)隊的經(jīng)驗和手工繪制圖紙。由于車身多為三維曲面結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)車身總布置設(shè)計存在精度不高，工作量巨大等現(xiàn)實問題。

    CATIA V5作為全參數(shù)化的CAD軟件，擁有一系列智能化的知識工程軟件模塊，如知識工程顧問，產(chǎn)品知識模塊，產(chǎn)品工程優(yōu)化等模塊，在CATIV V5中，所有的College(知識)以參數(shù)，公式，規(guī)則，設(shè)計表等形式存在。運用CATIA V5強(qiáng)大的知識工程，可以構(gòu)建全參數(shù)化的汽車模型以及人機(jī)互動模型，并通過知識工程模塊實現(xiàn)車身總布置的不斷優(yōu)化。那么如何通過CATIV V5知識工程實現(xiàn)車身總布置的優(yōu)化設(shè)計呢？首先，要率先建立車身坐標(biāo)系，將虛擬車置于三維立體結(jié)構(gòu)中，建立車身的X，Y，Z三維坐標(biāo)體系。這樣虛擬車身的任何一個結(jié)構(gòu)點或者部位點都有一個且唯一一個三維坐標(biāo)點與之呼應(yīng)，通過三維坐標(biāo)點也可以唯一確定車身某部位點位置。其次，要建立主要的參考平面，通過選定整車外形尺寸的控制要素（尺寸）并確立基準(zhǔn)參數(shù)。最后是最為關(guān)鍵的是建立車身結(jié)構(gòu)模型，通過運用知識工程模塊中的參數(shù)以及上面提及的整車控制尺寸，生成整車車身總布置的控制參數(shù)，并將車身拆解成前部，中部，車尾分別建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型。為了實現(xiàn)車身及其總布置的精準(zhǔn)設(shè)計，知識工程還具有Check（檢查）功能，實現(xiàn)實時檢驗。如某參數(shù)在進(jìn)行設(shè)定或修改活動時，若造成目標(biāo)設(shè)計偏差（如整車尺寸），系統(tǒng)會自動報警。通過這種檢查預(yù)警機(jī)制，可以將設(shè)計誤差或者錯誤控制在設(shè)計前端。

    隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，基于三維設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真的CAD/CAM/CAE一體化軟件功能的CATIA在汽車設(shè)計研發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入。其全參數(shù)化的理念，以及強(qiáng)大的拓展和二次開發(fā)功能為廣大的汽車研發(fā)設(shè)計者帶來福音，通過高度標(biāo)準(zhǔn)化的零部件，智能化的人機(jī)仿真模擬以及強(qiáng)大的知識工程，可大幅降低汽車研發(fā)設(shè)計的繁雜度，降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期，加快汽車新產(chǎn)品的上市進(jìn)程。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：CATIA軟件在汽車研發(fā)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用

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