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        CATIA軟件在汽車研發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用

        2014-02-19 15:39:26蘇國(guó)霞
        新媒體研究 2014年1期
        關(guān)鍵詞:人機(jī)工程

        蘇國(guó)霞

        摘 要 CATIA軟件是一套完整的含三維設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬與仿真的CAD/CAM/CAE一體化軟件,同時(shí)嵌入眾多輔助設(shè)計(jì)功能,并具有強(qiáng)大的拓展功能和二次開發(fā)功能。文章總結(jié)了基于CATIA軟件平臺(tái)在汽車研發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用方案,其具有的零件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù),人機(jī)工程功能,以及知識(shí)工程模塊極大地改變了傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)工業(yè),可有效降低汽車研發(fā)設(shè)計(jì)復(fù)雜度和工作量,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度,從而縮短汽車產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)周期,為新產(chǎn)品贏得更多地市場(chǎng)先機(jī)。

        關(guān)鍵詞 CATIA軟件;零件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù);人機(jī)工程;知識(shí)工程

        中圖分類號(hào):TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)01-0025-02

        CATIA全稱Computer Aided 3-D Interface Application,自20世紀(jì)80年代由法國(guó)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(jì)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(shí)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(jì)以及發(fā)動(dòng)起引擎開發(fā)等方面提供了E2E(端對(duì)端)解決方案,可有效降低汽車研發(fā)設(shè)計(jì)復(fù)雜度和工作量,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(chǎng)先機(jī)。

        1 龐大的零件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)及二次開發(fā)功能,加快汽車設(shè)計(jì)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(zhǎng)達(dá)一個(gè)半世紀(jì)的演化過(guò)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(kù)可以大量降低研發(fā)設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的預(yù)判性和前瞻性,加快汽車設(shè)計(jì)研發(fā)進(jìn)度。更為重要的是,CATIA 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(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)設(shè)計(jì),研發(fā)出更具針對(duì)性的自用標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫(kù)。

        自用標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫(kù)事實(shí)上通過(guò)兩個(gè)層級(jí)同時(shí)實(shí)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(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)件的類型索引,可以方便具體設(shè)計(jì)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)。

        2 智能化的人機(jī)工程功能,解決人體舒適性和安全性問(wèn)題

        人機(jī)工程學(xué)是一門運(yùn)用各種交叉學(xué)科,去研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)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(jì)過(guò)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(shuō)在汽車研發(fā)設(shè)計(jì)階段,就需要很好地解決“人機(jī)環(huán)境”之間的相互作用問(wèn)題。CATIA V5率先提出了人機(jī)設(shè)計(jì)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(cè)量編輯HME,人體姿態(tài)分析HPA以及人體行為分析HPA。

        圖2 CATIA V5人機(jī)分析流程簡(jiǎn)圖

        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(duì)汽車各方面功能進(jìn)行人性化設(shè)計(jì),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(cè)量學(xué)的數(shù)據(jù)源和理論系統(tǒng),并通過(guò)這些人體測(cè)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(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。同時(shí)研發(fā)設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)在CATIA V5軟件中植入人機(jī)特征評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)體系。在此基礎(chǔ)中,研發(fā)人員可以在特定的工作場(chǎng)景中進(jìn)行各種各樣的人機(jī)動(dòng)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(jì)目標(biāo)的,設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)行下一步的實(shí)施設(shè)計(jì)。如果反饋結(jié)果是負(fù)面的不符合設(shè)計(jì)要求的,設(shè)計(jì)人員可以及時(shí)的對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正,以達(dá)到不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

        3 強(qiáng)大的知識(shí)工程,優(yōu)化車身總布置設(shè)計(jì)

        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(jì),是整車設(shè)計(jì)得的重要組成部分。傳統(tǒng)車身總布置主要依靠設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)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(jì)存在精度不高,工作量巨大等現(xiàn)實(shí)問(wèn)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(shí)工程軟件模塊,如知識(shí)工程顧問(wèn),產(chǎn)品知識(shí)模塊,產(chǎn)品工程優(yōu)化等模塊,在CATIV V5中,所有的College(知識(shí))以參數(shù),公式,規(guī)則,設(shè)計(jì)表等形式存在。運(yùn)用CATIA V5強(qiáng)大的知識(shí)工程,可以構(gòu)建全參數(shù)化的汽車模型以及人機(jī)互動(dòng)模型,并通過(guò)知識(shí)工程模塊實(shí)現(xiàn)車身總布置的不斷優(yōu)化。那么如何通過(guò)CATIV V5知識(shí)工程實(shí)現(xiàn)車身總布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)或者部位點(diǎn)都有一個(gè)且唯一一個(gè)三維坐標(biāo)點(diǎn)與之呼應(yīng),通過(guò)三維坐標(biāo)點(diǎn)也可以唯一確定車身某部位點(diǎn)位置。其次,要建立主要的參考平面,通過(guò)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(guò)運(yùn)用知識(shí)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(shí)現(xiàn)車身及其總布置的精準(zhǔn)設(shè)計(jì),知識(shí)工程還具有Check(檢查)功能,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢驗(yàn)。如某參數(shù)在進(jìn)行設(shè)定或修改活動(dòng)時(shí),若造成目標(biāo)設(shè)計(jì)偏差(如整車尺寸),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。通過(guò)這種檢查預(yù)警機(jī)制,可以將設(shè)計(jì)誤差或者錯(cuò)誤控制在設(shè)計(jì)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(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)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(jì)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(jì)者帶來(lái)福音,通過(guò)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(shí)工程,可大幅降低汽車研發(fā)設(shè)計(jì)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。

        參考文獻(xiàn)

        [1]沈梅.CATIA環(huán)境下尺寸驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)件建庫(kù)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),1998,17(2).

        [2]趙立營(yíng),黃翔.基于CATIA的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2013(1):54-56.

        [3]丁巖.新一代的CATIA V5[J].CAD/CAM 與制造業(yè)信息化,2003(4).

        [4]龔禮洲,黃金陵.面向?qū)ο蠹夹g(shù)在基于知識(shí)的工程系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用[J].汽車工程,2000(3).endprint

        摘 要 CATIA軟件是一套完整的含三維設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬與仿真的CAD/CAM/CAE一體化軟件,同時(shí)嵌入眾多輔助設(shè)計(jì)功能,并具有強(qiáng)大的拓展功能和二次開發(fā)功能。文章總結(jié)了基于CATIA軟件平臺(tái)在汽車研發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用方案,其具有的零件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù),人機(jī)工程功能,以及知識(shí)工程模塊極大地改變了傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)工業(yè),可有效降低汽車研發(fā)設(shè)計(jì)復(fù)雜度和工作量,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度,從而縮短汽車產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)周期,為新產(chǎn)品贏得更多地市場(chǎng)先機(jī)。

        關(guān)鍵詞 CATIA軟件;零件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù);人機(jī)工程;知識(shí)工程

        中圖分類號(hào):TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)01-0025-02

        CATIA全稱Computer Aided 3-D Interface Application,自20世紀(jì)80年代由法國(guó)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(jì)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(shí)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(jì)以及發(fā)動(dòng)起引擎開發(fā)等方面提供了E2E(端對(duì)端)解決方案,可有效降低汽車研發(fā)設(shè)計(jì)復(fù)雜度和工作量,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(chǎng)先機(jī)。

        1 龐大的零件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)及二次開發(fā)功能,加快汽車設(shè)計(jì)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(zhǎng)達(dá)一個(gè)半世紀(jì)的演化過(guò)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(kù)可以大量降低研發(fā)設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的預(yù)判性和前瞻性,加快汽車設(shè)計(jì)研發(fā)進(jìn)度。更為重要的是,CATIA 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(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)設(shè)計(jì),研發(fā)出更具針對(duì)性的自用標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫(kù)。

        自用標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫(kù)事實(shí)上通過(guò)兩個(gè)層級(jí)同時(shí)實(shí)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(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)件的類型索引,可以方便具體設(shè)計(jì)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)。

        2 智能化的人機(jī)工程功能,解決人體舒適性和安全性問(wèn)題

        人機(jī)工程學(xué)是一門運(yùn)用各種交叉學(xué)科,去研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)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(jì)過(guò)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(shuō)在汽車研發(fā)設(shè)計(jì)階段,就需要很好地解決“人機(jī)環(huán)境”之間的相互作用問(wèn)題。CATIA V5率先提出了人機(jī)設(shè)計(jì)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(cè)量編輯HME,人體姿態(tài)分析HPA以及人體行為分析HPA。

        圖2 CATIA V5人機(jī)分析流程簡(jiǎn)圖

        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(duì)汽車各方面功能進(jìn)行人性化設(shè)計(jì),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(cè)量學(xué)的數(shù)據(jù)源和理論系統(tǒng),并通過(guò)這些人體測(cè)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(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。同時(shí)研發(fā)設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)在CATIA V5軟件中植入人機(jī)特征評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)體系。在此基礎(chǔ)中,研發(fā)人員可以在特定的工作場(chǎng)景中進(jìn)行各種各樣的人機(jī)動(dòng)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(jì)目標(biāo)的,設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)行下一步的實(shí)施設(shè)計(jì)。如果反饋結(jié)果是負(fù)面的不符合設(shè)計(jì)要求的,設(shè)計(jì)人員可以及時(shí)的對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正,以達(dá)到不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

        3 強(qiáng)大的知識(shí)工程,優(yōu)化車身總布置設(shè)計(jì)

        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(jì),是整車設(shè)計(jì)得的重要組成部分。傳統(tǒng)車身總布置主要依靠設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)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(jì)存在精度不高,工作量巨大等現(xiàn)實(shí)問(wèn)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(shí)工程軟件模塊,如知識(shí)工程顧問(wèn),產(chǎn)品知識(shí)模塊,產(chǎn)品工程優(yōu)化等模塊,在CATIV V5中,所有的College(知識(shí))以參數(shù),公式,規(guī)則,設(shè)計(jì)表等形式存在。運(yùn)用CATIA V5強(qiáng)大的知識(shí)工程,可以構(gòu)建全參數(shù)化的汽車模型以及人機(jī)互動(dòng)模型,并通過(guò)知識(shí)工程模塊實(shí)現(xiàn)車身總布置的不斷優(yōu)化。那么如何通過(guò)CATIV V5知識(shí)工程實(shí)現(xiàn)車身總布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)或者部位點(diǎn)都有一個(gè)且唯一一個(gè)三維坐標(biāo)點(diǎn)與之呼應(yīng),通過(guò)三維坐標(biāo)點(diǎn)也可以唯一確定車身某部位點(diǎn)位置。其次,要建立主要的參考平面,通過(guò)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(guò)運(yùn)用知識(shí)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(shí)現(xiàn)車身及其總布置的精準(zhǔn)設(shè)計(jì),知識(shí)工程還具有Check(檢查)功能,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢驗(yàn)。如某參數(shù)在進(jìn)行設(shè)定或修改活動(dòng)時(shí),若造成目標(biāo)設(shè)計(jì)偏差(如整車尺寸),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。通過(guò)這種檢查預(yù)警機(jī)制,可以將設(shè)計(jì)誤差或者錯(cuò)誤控制在設(shè)計(jì)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(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)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(jì)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(jì)者帶來(lái)福音,通過(guò)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(shí)工程,可大幅降低汽車研發(fā)設(shè)計(jì)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。

        參考文獻(xiàn)

        [1]沈梅.CATIA環(huán)境下尺寸驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)件建庫(kù)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),1998,17(2).

        [2]趙立營(yíng),黃翔.基于CATIA的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2013(1):54-56.

        [3]丁巖.新一代的CATIA V5[J].CAD/CAM 與制造業(yè)信息化,2003(4).

        [4]龔禮洲,黃金陵.面向?qū)ο蠹夹g(shù)在基于知識(shí)的工程系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用[J].汽車工程,2000(3).endprint

        摘 要 CATIA軟件是一套完整的含三維設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬與仿真的CAD/CAM/CAE一體化軟件,同時(shí)嵌入眾多輔助設(shè)計(jì)功能,并具有強(qiáng)大的拓展功能和二次開發(fā)功能。文章總結(jié)了基于CATIA軟件平臺(tái)在汽車研發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用方案,其具有的零件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù),人機(jī)工程功能,以及知識(shí)工程模塊極大地改變了傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)工業(yè),可有效降低汽車研發(fā)設(shè)計(jì)復(fù)雜度和工作量,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度,從而縮短汽車產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)周期,為新產(chǎn)品贏得更多地市場(chǎng)先機(jī)。

        關(guān)鍵詞 CATIA軟件;零件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù);人機(jī)工程;知識(shí)工程

        中圖分類號(hào):TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)01-0025-02

        CATIA全稱Computer Aided 3-D Interface Application,自20世紀(jì)80年代由法國(guó)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(jì)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(shí)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(jì)以及發(fā)動(dòng)起引擎開發(fā)等方面提供了E2E(端對(duì)端)解決方案,可有效降低汽車研發(fā)設(shè)計(jì)復(fù)雜度和工作量,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(chǎng)先機(jī)。

        1 龐大的零件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)及二次開發(fā)功能,加快汽車設(shè)計(jì)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(zhǎng)達(dá)一個(gè)半世紀(jì)的演化過(guò)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(kù)可以大量降低研發(fā)設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的預(yù)判性和前瞻性,加快汽車設(shè)計(jì)研發(fā)進(jìn)度。更為重要的是,CATIA 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(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)設(shè)計(jì),研發(fā)出更具針對(duì)性的自用標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫(kù)。

        自用標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫(kù)事實(shí)上通過(guò)兩個(gè)層級(jí)同時(shí)實(shí)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(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)件的類型索引,可以方便具體設(shè)計(jì)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)。

        2 智能化的人機(jī)工程功能,解決人體舒適性和安全性問(wèn)題

        人機(jī)工程學(xué)是一門運(yùn)用各種交叉學(xué)科,去研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,人、機(jī)械及工作環(huán)境互相影響的交叉學(xué)科。現(xiàn)代汽車的研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)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(shuō)在汽車研發(fā)設(shè)計(jì)階段,就需要很好地解決“人機(jī)環(huán)境”之間的相互作用問(wèn)題。CATIA V5率先提出了人機(jī)設(shè)計(jì)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(cè)量編輯HME,人體姿態(tài)分析HPA以及人體行為分析HPA。

        圖2 CATIA V5人機(jī)分析流程簡(jiǎn)圖

        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(duì)汽車各方面功能進(jìn)行人性化設(shè)計(jì),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(cè)量學(xué)的數(shù)據(jù)源和理論系統(tǒng),并通過(guò)這些人體測(cè)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(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。同時(shí)研發(fā)設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)在CATIA V5軟件中植入人機(jī)特征評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)體系。在此基礎(chǔ)中,研發(fā)人員可以在特定的工作場(chǎng)景中進(jìn)行各種各樣的人機(jī)動(dòng)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(jì)目標(biāo)的,設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)行下一步的實(shí)施設(shè)計(jì)。如果反饋結(jié)果是負(fù)面的不符合設(shè)計(jì)要求的,設(shè)計(jì)人員可以及時(shí)的對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正,以達(dá)到不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

        3 強(qiáng)大的知識(shí)工程,優(yōu)化車身總布置設(shè)計(jì)

        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(jì),是整車設(shè)計(jì)得的重要組成部分。傳統(tǒng)車身總布置主要依靠設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)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(jì)存在精度不高,工作量巨大等現(xiàn)實(shí)問(wèn)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(shí)工程軟件模塊,如知識(shí)工程顧問(wèn),產(chǎn)品知識(shí)模塊,產(chǎn)品工程優(yōu)化等模塊,在CATIV V5中,所有的College(知識(shí))以參數(shù),公式,規(guī)則,設(shè)計(jì)表等形式存在。運(yùn)用CATIA V5強(qiáng)大的知識(shí)工程,可以構(gòu)建全參數(shù)化的汽車模型以及人機(jī)互動(dòng)模型,并通過(guò)知識(shí)工程模塊實(shí)現(xiàn)車身總布置的不斷優(yōu)化。那么如何通過(guò)CATIV V5知識(shí)工程實(shí)現(xiàn)車身總布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)或者部位點(diǎn)都有一個(gè)且唯一一個(gè)三維坐標(biāo)點(diǎn)與之呼應(yīng),通過(guò)三維坐標(biāo)點(diǎn)也可以唯一確定車身某部位點(diǎn)位置。其次,要建立主要的參考平面,通過(guò)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(guò)運(yùn)用知識(shí)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(shí)現(xiàn)車身及其總布置的精準(zhǔn)設(shè)計(jì),知識(shí)工程還具有Check(檢查)功能,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢驗(yàn)。如某參數(shù)在進(jìn)行設(shè)定或修改活動(dòng)時(shí),若造成目標(biāo)設(shè)計(jì)偏差(如整車尺寸),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。通過(guò)這種檢查預(yù)警機(jī)制,可以將設(shè)計(jì)誤差或者錯(cuò)誤控制在設(shè)計(jì)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(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)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(jì)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(jì)者帶來(lái)福音,通過(guò)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(shí)工程,可大幅降低汽車研發(fā)設(shè)計(jì)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。

        參考文獻(xiàn)

        [1]沈梅.CATIA環(huán)境下尺寸驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)件建庫(kù)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),1998,17(2).

        [2]趙立營(yíng),黃翔.基于CATIA的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2013(1):54-56.

        [3]丁巖.新一代的CATIA V5[J].CAD/CAM 與制造業(yè)信息化,2003(4).

        [4]龔禮洲,黃金陵.面向?qū)ο蠹夹g(shù)在基于知識(shí)的工程系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用[J].汽車工程,2000(3).endprint

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