CATIAV5及其在轎車數(shù)字化工程中課件

CATIAV5及其在轎車數(shù)字化工程中的應(yīng)用

熊欣1，鐘詩清1，馬洪閣2CATIAV5及其在轎車數(shù)字化工程中的應(yīng)用

熊欣1摘要：論述了虛擬制造、轎車數(shù)字化工程等相關(guān)概念，介紹了CATIAV5的發(fā)展和技術(shù)特點，然后，從轎車整個開發(fā)周期的角度闡述了CATIAV5在轎車數(shù)字化工程中的應(yīng)用，包括數(shù)字樣機、功能虛擬樣機、虛擬加工、虛擬生產(chǎn)等，提出了一個基于CATIAV5的轎車數(shù)字化工程開發(fā)流程。摘要：論述了虛擬制造、轎車數(shù)字化工程等相關(guān)概念，介紹了CA一、前言當(dāng)今世界，在經(jīng)濟全球化、貿(mào)易自由化和社會信息化的新形勢下，全球制造企業(yè)之間的競爭日趨激烈，制造業(yè)對市場的快速響應(yīng)（交貨期）在工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)成為競爭的焦點。一、前言當(dāng)今世界，在經(jīng)濟全球化、貿(mào)易自由化和社會信息化的新二、轎車數(shù)字化工程汽車行業(yè)的CAD/CAM/CAE技術(shù)在二十世紀(jì)七、八十年代已經(jīng)流行，主要以零部件的設(shè)計為對象，使得零部件的缺陷大大降低，例如汽車零部件缺陷降低了40%。然而，整機廠卻并未得到對應(yīng)的效益。優(yōu)化的零部件組成的系統(tǒng)并不能保證是最優(yōu)的，例如設(shè)計完美的制動器與設(shè)計優(yōu)良的懸架及底盤組成的系統(tǒng)，其應(yīng)用效果并不總是理想的，必須從系統(tǒng)水平進行設(shè)計。從九十年代中開始，面向整車設(shè)計開發(fā)的汽車虛擬制造應(yīng)運而生。二、轎車數(shù)字化工程汽車行業(yè)的CAD/CAM/CAE技術(shù)在虛擬制造（VM：VirtualManufacturing）是一個處于發(fā)展中的新概念。目前比較通行的說法是：虛擬制造是實際制造在計算機上的本質(zhì)實現(xiàn)，即采用計算機建模與仿真技術(shù)，在高性能計算機及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，在計算機上群組協(xié)同工作，通過三維模型及動畫或虛擬現(xiàn)實，實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗，以及企業(yè)各級過程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程，以增強制造過程各級的決策與控制能力。虛擬制造（VM：VirtualManufacturing）盡管虛擬制造技術(shù)出現(xiàn)只有短短的幾年時間，但它已在汽車業(yè)界得到廣泛的重視，而且其革命性的影響也很快地顯示了出來。典型的例子有：克萊斯勒新型汽車開發(fā)周期由36個月縮短至24個月，福特公司也在1999年底宣布開發(fā)出了全數(shù)字化轎車。奔馳汽車公司1998年之前已經(jīng)完成了數(shù)字化轎車樣機，并實現(xiàn)了較強的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可在設(shè)計階段對轎車的總體性能匹配和車身系統(tǒng)布置設(shè)計等進行直觀、全面的仿真分析、評價和改進。虛擬制造技術(shù)已被公認為未來汽車設(shè)計、開發(fā)的必然趨勢，也是我國盡快消化、吸收國外先進技術(shù)，迅速提高自主設(shè)計能力，開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)汽車，實現(xiàn)由“追隨模式”到“自主開發(fā)”的跨越發(fā)展的有效手段。盡管虛擬制造技術(shù)出現(xiàn)只有短短的幾年時間，轎車數(shù)字化工程本質(zhì)上就是要利用計算機生產(chǎn)出“數(shù)字轎車”。不難看出，數(shù)字化工程技術(shù)是一個跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，它包括轎車數(shù)字化定義、仿真、可視化、虛擬現(xiàn)實、數(shù)據(jù)集成、優(yōu)化等。轎車數(shù)字化工程的目標(biāo)是對轎車整個生命周期（包括設(shè)計、開發(fā)、加工、生產(chǎn)）的“可制造性”（Manufacturability）的決策支持?！翱芍圃煨浴庇挚梢赃M一步分解為“可行性”、“可開發(fā)性”、“可加工性”和“可生產(chǎn)性”。這四個方面是相互關(guān)聯(lián)的，因此，應(yīng)從“數(shù)字轎車設(shè)計”（形狀虛擬樣機—ShapeVirtualPrototyping，SVP）、“數(shù)字轎車開發(fā)”（功能虛擬樣機—FunctionVirtualPrototyping，F(xiàn)VP）、“虛擬加工”、“虛擬生產(chǎn)”（虛擬設(shè)備與生產(chǎn)線）四個層次提供轎車全生命周期的數(shù)字化工程開發(fā)的基本支持。轎車數(shù)字化工程本質(zhì)上就是要利用計算機生三、CATIAV5的發(fā)展和技術(shù)特點CATIAV5是IBM/DS在充分了解客戶的經(jīng)驗、并積累了大量客戶的應(yīng)用需求后基于Windows核心重新開發(fā)的新一代高端CAD/CAM軟件系統(tǒng)。三、CATIAV5的發(fā)展和技術(shù)特點CATIAV5是IBMCATIA——ComputerAidedThree&TwoDimensionalInteractionApplicationSystem，計算機輔助三維/二維交互式應(yīng)用系統(tǒng)，自1999年3月法國達索系統(tǒng)（DassaultSystems）正式發(fā)布第一個版本即CATIAV5R1（CATIAVersion5Release1）以來，平均每年發(fā)布2~3個版本，到2003年4月發(fā)布的CATIAV5R11（CATIAVersion5Release11），模塊總數(shù)出最初的12個增加到了146個。將原來運行于IBM主機和AIX工作站環(huán)境的V4版本徹底改變?yōu)槲④沇indowsNT環(huán)境，99%以上的用戶界面圖標(biāo)采用MS-Office形式，并且自己開發(fā)一組圖形庫，使得Unix工作站版本與Windows微機版具有相同的用戶界面。CATIAV5充分發(fā)揮了Windows平臺的優(yōu)點，一經(jīng)推出市場后立刻就得到業(yè)界廣泛的認可，被很多CAD/CAM領(lǐng)域的資深咨詢專家評價為第四代CAD/CAM軟件，代表了CAD/CAM未來發(fā)展的方向。CATIA——ComputerAidedThreeCATIAV5在開發(fā)時大量使用了最新和最前沿的計算機技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，其中包括基于JAVA和Web技術(shù)、C++語言、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想（O-O）、STEP-SDAI、OpenGL、OLE/CORBA和VisualBasicJournaling等，這使CATIAV5具有與眾不同的鮮明的特點CATIAV5在開發(fā)時大量使用了最新和最前沿的計算機技術(shù)單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，各個模塊全相關(guān)，某些模塊之間還是雙向相關(guān)；端到端的集成系統(tǒng)，擁有寬廣的專業(yè)覆蓋面，支持自上向下（Top-down）和自下向上（Bottom-top）的設(shè)計方式；以流程為中心，應(yīng)用了許多的相關(guān)工業(yè)優(yōu)秀開發(fā)設(shè)計經(jīng)驗，提供經(jīng)過優(yōu)化的流程；創(chuàng)新的用戶界面，把使用性和功能性結(jié)合起來，易學(xué)易用；獨一無二的知識工程架構(gòu)，創(chuàng)建、訪問以及應(yīng)用企業(yè)知識庫，把產(chǎn)品開發(fā)過程中涉及到的多學(xué)科知識有機地集成在一起；先進的混合建模技術(shù)，建立在優(yōu)秀的、可靠的幾何實現(xiàn)原理基礎(chǔ)上，具有領(lǐng)先的幾何建模和混合建模功能；CATIA建立在STEP產(chǎn)品模型和CORBA標(biāo)準(zhǔn)之上，具有在整個產(chǎn)品周期內(nèi)方便的修改能力，尤其是后期修改；CATIA提供多模型鏈接的工作環(huán)境及混合建模方式，實現(xiàn)真正的并行工程的設(shè)計環(huán)境；強大的電子樣機技術(shù)；開放平臺，為各種應(yīng)用的集成提供了一個開放的平臺；面向設(shè)計的工程分析，作為設(shè)計人員進行決策的輔助工具，開放性允許使用第三方的解算器（如NASTRAN）；完善的加工解決方案，唯一建立在單一的基礎(chǔ)架構(gòu)上、基于知識工程、覆蓋所有CAM應(yīng)用；支持電子商務(wù)，支持即插即用（Plug＆Play）功能的擴展等。單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，各個模塊全相關(guān)，某四、基于CATIAV5的數(shù)字化轎車⒈數(shù)字轎車設(shè)計—形狀虛擬樣機這是支持轎車總體設(shè)計的支撐平臺，用于數(shù)字概念車設(shè)計。包括數(shù)字轎車造型設(shè)計、數(shù)字轎車車身設(shè)計、數(shù)字轎車發(fā)動機和底盤零部件設(shè)計、數(shù)字轎車管路和電子線路設(shè)計以及數(shù)字轎車電子樣機設(shè)計。四、基于CATIAV5的數(shù)字化轎車⒈數(shù)字轎車設(shè)計—形1.1數(shù)字轎車造型設(shè)計CATIAV5開發(fā)出一種嶄新的造型方式——基于草圖的自由曲面設(shè)計（FSK：ATIAFreestyleSketchTracer），它可以快速導(dǎo)入造型師繪制的轎車2D風(fēng)格造型圖（Tif、Jpg或者Bmp格式）。將導(dǎo)入的幾張造型圖在3D環(huán)境中定位后，就可以利用CATIAV5的豐富的曲面造型工具（如（FSS：CATIAFreestyleShape）在造型圖的基礎(chǔ)上，繪制3D轎車模型。1.1數(shù)字轎車造型設(shè)計CATIAV5開發(fā)出一種嶄新的造1.2數(shù)字轎車車身設(shè)計采用快速原型制造（RPM：RapidPrototypingManufacturing）技術(shù)，將CATIAV5生成的三維轎車造型數(shù)字模型數(shù)據(jù)傳給數(shù)控機床，迅速加工出供校驗和審批用的1:1轎車物理模型，然后打光，進行局部修改、完善，最后噴漆，定型。1.2數(shù)字轎車車身設(shè)計采用快速原型制造（RPM：Rapid返回修改原始的三維造型數(shù)字模型，這就涉及逆向工程（RE：ReverseEngineering）技術(shù)的應(yīng)用：形狀（幾何）反求。利用接觸式或者非接觸式的測量設(shè)備采集轎車物理模型的外表面數(shù)據(jù)，生成三維點云數(shù)據(jù)。CATIAV5數(shù)字化外形編輯（DSE：CATIADigitizedShapeEditor），可以方便快捷的導(dǎo)入多種格式的點云文件，如：Asciifree、Atos、Cgo等十余種，還提供了數(shù)字化數(shù)據(jù)的輸入、整理、組合、壞點剔除、截面生成、特征線提取、實時外形質(zhì)量分析等功能，對點云進行處理，根據(jù)處理后的點云直接生成車身覆蓋件的曲面。返回修改原始的三維造型數(shù)字模型，這就涉及逆向工程（RE：為了創(chuàng)建更高質(zhì)量的曲面，CATIAV5創(chuàng)成式曲面設(shè)計（GSD：CATIAGenerativeShapeDesign）可根據(jù)基礎(chǔ)線架與多個曲面特征組合，設(shè)計復(fù)雜的滿足要求的轎車車身。它提供了一套涵蓋面廣泛的工具集，用以建立并修改用于復(fù)雜車身或混合造型設(shè)計中的曲面。它基于特征的設(shè)計方法，提供了高效、直觀的設(shè)計環(huán)境，包括的智能化工具和定律（law）功能，允許用戶對設(shè)計方法和技術(shù)規(guī)范進行捕捉并再用。為了創(chuàng)建更高質(zhì)量的曲面，CATIAV5創(chuàng)成式曲轎車車身曲面設(shè)計的最高級別：汽車A級曲面設(shè)計，它的標(biāo)準(zhǔn)是曲面曲率三階可導(dǎo)，這對三維曲面設(shè)計提出了很高要求。針對這一難題，CATIAV5汽車A級曲面設(shè)計（ACA：CATIAAutomotiveClassA）采用其獨有的逼真造型、自由曲面相關(guān)性造型和設(shè)計意圖捕捉等曲面造型技術(shù)，可生成和構(gòu)造優(yōu)美、環(huán)保的轎車車身外形。它可以大幅度提高工作效率，并方便使用。開創(chuàng)了A級曲面處理的新方法，提高A級曲面造型的模型質(zhì)量，大大提高了A級曲面設(shè)計流程的設(shè)計效率并在總開發(fā)流程中達到更高層次的集成，將A級曲面整個開發(fā)過程提高到一個新的水平。轎車車身曲面設(shè)計的最高級別：汽車A級曲面1.3數(shù)字轎車發(fā)動機和底盤零部件設(shè)計在對轎車發(fā)動機和底盤零部件設(shè)計難點仔細研究的基礎(chǔ)上，CATIAV5零件設(shè)計（PDG：CATIAPartDesign）提供了3D機械零件設(shè)計的強大的設(shè)計工具。應(yīng)用“"智能實體”的設(shè)計思想，廣泛使用混合建模、關(guān)聯(lián)特征和靈活的布爾運算相結(jié)合的方法，允許設(shè)計者靈活使用多種設(shè)計手法：可以在設(shè)計過程中或設(shè)計完成以后，進行參數(shù)化處理；可以在可控制關(guān)聯(lián)性的裝配環(huán)境下進行草圖設(shè)計和零件設(shè)計，在局部3D參數(shù)化環(huán)境下添加設(shè)計約束；由于支持零件的多實體操作，還可以輕松管理零件更改，如進行靈活的設(shè)計后期修改操作。此外，PDG圖形化的結(jié)構(gòu)樹可表示出模型特征的組織層次結(jié)構(gòu)，以便更清晰地了解影響設(shè)計更改的因素。設(shè)計人員可以對整個特征組進行管理操作，以加快設(shè)計更改。1.3數(shù)字轎車發(fā)動機和底盤零部件設(shè)計在對轎車發(fā)動機和底盤零作為PDG的補充，CATIAV5線架與曲面設(shè)計（WSF：CATIAWireframeandSurfaceDesign）在零件設(shè)計的初始階段，創(chuàng)建上下關(guān)聯(lián)的線架結(jié)構(gòu)特征元素和基本曲面。線架特征元素和基本的曲面特征元素的使用，大大豐富了現(xiàn)有的3D機構(gòu)零件設(shè)計方法。它所采用的基于特征的設(shè)計方法提供了高效直觀的設(shè)計環(huán)境，使得曲面和實體混合建模成為可能。當(dāng)完成零件設(shè)計后，CATIAV5裝配設(shè)計（ASD：CATIAAssemblyDesign）可以幫助設(shè)計師用自頂向下（Top-down）或自底向上（Bottom-up）的方法定義和管理多層次的大型裝配結(jié)構(gòu)，可真正實現(xiàn)裝配設(shè)計和單個零件設(shè)計之間的并行工程。作為PDG的補充，CATIAV5線架與曲面設(shè)計通過簡單地移動鼠標(biāo)或選取圖標(biāo)，設(shè)計人員就能將零件拖動到或快速移動到指定的裝配位置；選擇各種形式的機械約束，用來調(diào)整零件的位置并建立起約束關(guān)系；選擇手動或自動的方式進行更新，可以重新排列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，并進行干涉和縫隙檢查；無需復(fù)制相同零件或子裝配數(shù)據(jù)，就可以在同一個裝配件或不同裝配件中重復(fù)使用。建立標(biāo)準(zhǔn)零件或裝配件的目錄庫，爆炸圖的自動生成使用對設(shè)計的理解非常容易，分析功能可檢查是否發(fā)生干涉以及是否超過了定義的間隙限制。無論多么復(fù)雜的裝配，BOM（BillofMaterial）表自動生成功能可得到所有零部件的準(zhǔn)確信息。柔性子裝配功能可以動態(tài)地切斷產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和機械行為之間的聯(lián)系，這一獨特的命令能夠在父裝配中移動子裝配的單獨部件，或者管理實例化子部件不同的內(nèi)部位置……ASD提供的這些高效的工作方式，使得裝配設(shè)計者可以大幅減少設(shè)計時間和提高設(shè)計質(zhì)量。通過簡單地移動鼠標(biāo)或選取圖標(biāo)，設(shè)計人員就1.4數(shù)字轎車管路和電子線路設(shè)計1.4.1管路設(shè)計CATIAV5管路設(shè)計（PIP：CATIAPipingDesign）提供完整的工具用于創(chuàng)建、修改和分析管路設(shè)計，并進行建檔和管理，該工具主要用于創(chuàng)建能捕獲所有適當(dāng)設(shè)計信息和意圖的智能化管路布置，自動放置彎管、彎頭、三通和減壓閥等標(biāo)準(zhǔn)部件，這種智能化的管路設(shè)計功能可使設(shè)計人員更高效地實現(xiàn)設(shè)計過程并對設(shè)計內(nèi)容進行驗證。PIP功能驅(qū)動的設(shè)計可確保設(shè)計意圖在任何修改中得到貫徹，與設(shè)計規(guī)則引擎的集成可實現(xiàn)設(shè)計過程的自動化，并可確保企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)在整個設(shè)計過程中得到很好地貫徹。1.4數(shù)字轎車管路和電子線路設(shè)計1.4.1管路設(shè)計1.4.2電氣導(dǎo)線布線設(shè)計CATIAV5電氣導(dǎo)線布線設(shè)計（EWR：CATIAElectricalWireRouting）根據(jù)電氣信號的功能定義，在數(shù)字化樣機中進行電纜布局的定義和管理，專門用于電氣系統(tǒng)的物理形狀設(shè)計，允許設(shè)計人員在虛擬環(huán)境下解決復(fù)雜布線問題，同時使鏈接物理電氣系統(tǒng)與其功能性定義成為可能。針對電纜布線的廣泛性，EWR提供了線束的3D設(shè)計功能，設(shè)計人員可以在虛擬環(huán)境特別是在虛擬維護操作過程中隨意提取物理電纜的功能性用途。1.4.2電氣導(dǎo)線布線設(shè)計1.4.3電氣線束安裝設(shè)計CATIAV5電氣線束安裝設(shè)計（EHI：CATIAElectricalHarnessInstallation）是一個專門用于在3D虛擬環(huán)境下進行電氣裝置物理形狀設(shè)計的產(chǎn)品，自然地，電氣設(shè)計從機械設(shè)計環(huán)境開始，然后二者完全集成。在3D環(huán)境和電氣裝置之間可以很方便地進行關(guān)聯(lián)，也可以很方便地修改。EHI提供了一系列帶有幾何及電氣屬性的標(biāo)準(zhǔn)件，可以在機械裝配中進行線束設(shè)計，因此可以得到完整的包含電氣系統(tǒng)的3D電子樣機。由于與機械裝配的集成，電氣線束可以連接在電氣設(shè)備上，也可以連接在機械部件上。設(shè)計人員可以充分享受了電氣設(shè)計與機械裝配完全集成的帶來的益處。1.4.3電氣線束安裝設(shè)計1.4.4電氣線束展平設(shè)計CATIAV5電氣線束展平設(shè)計（EHF：CATIAElectricalHarnessFlattening）可以將EHI創(chuàng)建的3D線束展平，并產(chǎn)生相關(guān)的2D工程圖，以進行檢查和歸檔。EHF提供了一整套工具來根據(jù)位置處理線束的不同線段以得到多種解決方案，允許設(shè)計人員根據(jù)線段的剛性情況來決定是展開，還是繼續(xù)保留原始彎曲形狀。而EHI所定義的3D機械約束關(guān)系仍然保留，因此該線段的彎曲半徑和長度仍是被約束的。1.4.4電氣線束展平設(shè)計1.4.5電氣元件庫設(shè)計CATIAV5電氣元件庫設(shè)計（ELB：CATIAElectricalLibrary）專用于建立和管理電氣系統(tǒng)庫，如連接件、電氣設(shè)備、電纜束支架、電纜等，以便定義電氣裝置。允許設(shè)計人員擴展機械零件和裝配件使其帶有電氣屬性以定義成為電氣設(shè)備，使用的目錄庫是機械和電氣共用的。除管理電氣目錄庫以外，ELB還可以根據(jù)CSV文件中電氣屬性及數(shù)字化電氣系統(tǒng)中設(shè)備安裝匹配規(guī)則等有關(guān)定義，批處理方式生成電纜定義，包括電氣特性和屬性，以及在設(shè)計電氣系統(tǒng)時集成電氣設(shè)備所需的兼容規(guī)則的管理等。1.4.5電氣元件庫設(shè)計1.5數(shù)字轎車電子樣機設(shè)計電子樣機（DMU：DigitalMock-Up）技術(shù)被很多人理解為就是通過三維模型將零件裝配在一起，其實，實現(xiàn)三維是實現(xiàn)電子樣機的最基本的一步。根據(jù)歐洲高級信息化技術(shù)組織的定義：“電子樣機DMU是對產(chǎn)品的真實化計算機模擬，滿足各種各樣的功能，提供用于工程設(shè)計、加工制造、產(chǎn)品拆裝維護的模擬環(huán)境；是支持產(chǎn)品和流程、信息傳遞、決策制定的公共平臺；覆蓋產(chǎn)品從概念設(shè)計到維護服務(wù)的整個生命周期?！?.5數(shù)字轎車電子樣機設(shè)計電子樣機（DMU：Digital由此可見，電子樣機技術(shù)主要是指在計算機平臺上，通過三維CAD/CAE/CAM軟件，建立完整的產(chǎn)品數(shù)字化樣機，組成電子化樣機的每個部件除了準(zhǔn)確定義三維幾何圖形外，還賦有相互間的裝配關(guān)系、技術(shù)關(guān)聯(lián)、工藝、公差、人力資源、材料、制造資源、成本等信息，電子樣機應(yīng)具有從產(chǎn)品設(shè)計、制造到產(chǎn)品維護各階段所需的所有功能，為產(chǎn)品和流程開發(fā)以及從產(chǎn)品概念設(shè)計到產(chǎn)品維護整個產(chǎn)品生命周期的信息交流和決策提供一個平臺。由此可見，電子樣機技術(shù)主要是指在計算機平電子樣機技術(shù)，不只是單純的3D裝配，具有以下的功能和特點。（1）與CAX系統(tǒng)完全集成，并以“上下關(guān)聯(lián)的設(shè)計”方式作業(yè)。（2）提供強大的可視化手段，除了虛擬顯示和多種瀏覽功能，還集成了DMU漫游和截面透視等先進手段。（3）具備各種功能性檢測手段，如安裝/拆卸、機構(gòu)運動、干涉檢查、截面掃描等。（4）具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配置和信息交流功能。由于電子樣機（DMU）技術(shù)加強了設(shè)計過程中最為關(guān)鍵的空間和尺寸控制之間的集成，在產(chǎn)品開發(fā)過程中不斷對電子樣機進行驗證，大部分的設(shè)計錯誤都能被發(fā)現(xiàn)或避免，從而大大減少實物樣機的制作與驗證。電子樣機技術(shù)，不只是單純的3D裝配，具有CATIAV5的電子樣機功能由專門的模塊完成，從產(chǎn)品的造型、上下關(guān)聯(lián)的并行設(shè)計環(huán)境、產(chǎn)品的功能分析、產(chǎn)品瀏覽和干涉檢查、信息交流、產(chǎn)品可維護性分析、產(chǎn)品易用性分析、支持虛擬實現(xiàn)技術(shù)的實時仿真、多CAX支持、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理等各方面提供了完整的電子樣機功能，能夠完成與物理樣機同樣的分析、模擬功能，從而減少制作物理樣機的費用，并能進行更多的設(shè)計方案驗證。CATIAV5的電子樣機功能由專門的模塊完成，1.5.1電子樣機漫游設(shè)計CATIAV5電子樣機漫游設(shè)計（DMN：CATIADMUNavigator）使設(shè)計人員可以通過最優(yōu)化的觀察、漫游和交流功能實現(xiàn)高級協(xié)同的DMU檢查、打包和預(yù)裝配等。提供的大量工具（如添加注釋、超級鏈接、制作動畫、發(fā)布及網(wǎng)絡(luò)會議功能）使得所有涉及DMU檢查的團隊成員可以很容易地進行協(xié)同工作。高效的3D漫游功能保證了在整個團隊中進行管理和選擇DMU的能力。DMN指令自動執(zhí)行和用可視化文件快速加載數(shù)據(jù)的功能大大提高設(shè)計效率。批處理模式的運用進一步改善了存儲管理。借助與其它DMU產(chǎn)品的本質(zhì)集成，使完整的電子樣機審核及仿真成為可能，滿足設(shè)計人員處理任何規(guī)模電子樣機（如轎車等大型裝配體）的需求。1.5.1電子樣機漫游設(shè)計CATIAV5電子樣機漫游設(shè)1.5.2電子樣機優(yōu)化設(shè)計CATIAV5電子樣機優(yōu)化設(shè)計（DMO：CATIADMUOptimizer）能夠生成零件或裝配件的幾何描述替代體，以減少模型數(shù)據(jù)量，或更好地滿足特定應(yīng)用的特殊要求。通過只保留外部描述的方式，生成數(shù)據(jù)量少而表達精確的零件或裝配件。在與供應(yīng)商交流時僅提供零件簡單的外形信息，保護商業(yè)技術(shù)機密。零件外形信息還可以轉(zhuǎn)換成體積信息來做DMU仿真分析。通過運動包絡(luò)體或計算剩余空間大小的方法可以很方便地得到下一步設(shè)計的可用空間。對這樣生成的模型很容易進行管理，設(shè)計人員可以保存，并在對DMU進行檢查和分析時重新調(diào)用。1.5.2電子樣機優(yōu)化設(shè)計CATIAV5電子樣機優(yōu)化設(shè)計1.5.3電子樣機裝配模擬設(shè)計CATIAV5電子樣機裝配模擬設(shè)計（FIT：CATIADMUFittingSimulator）用來定義、模擬和分析裝配過程和拆卸過程，通過模擬維護修理過程的可行性（安裝/拆卸）來校驗原始設(shè)計的合理性。FIT可以產(chǎn)生拆卸預(yù)留空間等信息以便于將來的設(shè)計修改，還可以幫助標(biāo)識和確定裝配件的拆卸路徑。FIT所提供的的模擬和分析工具可以滿足產(chǎn)品設(shè)計、再生利用、服務(wù)和維護等各部門的具體要求，直觀顯示、仿真和動畫制作等功能為銷售、市場和培訓(xùn)等部門提供了有益的幫助。1.5.3電子樣機裝配模擬設(shè)計CATIAV5電子樣機裝配1.5.4電子樣機運動機構(gòu)模擬設(shè)計CATIAV5電子樣機運動機構(gòu)模擬設(shè)計（KIN：CATIADMUKinematicsSimulator）通過調(diào)用大量已有的多個種類的運動副或者通過自動轉(zhuǎn)換機械裝配約束條件而產(chǎn)生的運動副，對任何規(guī)模的電子樣機進行運動機構(gòu)定義。通過運動干涉檢驗和校核最小間隙來進行機構(gòu)運動分析。KIN可以生成運動零件的軌跡、掃掠體和包絡(luò)體以指導(dǎo)未來的設(shè)計。它還可以通過與其它DMU產(chǎn)品的集成做更多復(fù)雜組合的運動仿真分析，能夠滿足從機械設(shè)計到功能評估的各類工程設(shè)計人員的需要。1.5.4電子樣機運動機構(gòu)模擬設(shè)計CATIAV5電子樣機1.5.5電子樣機空間分析設(shè)計CATIAV5電子樣機空間分析設(shè)計（SPA：CATIADMUSpaceAnalysis）使用先進的干涉檢查與分析工具、高級的斷面分析工具、測量工具、距離分析工具和3維幾何對比工具等進行最佳的DMU校驗。SPA以交互式或以批處理方式進行碰撞、間隙及接觸等干涉檢查計算，并得到更為復(fù)雜和詳盡的分析結(jié)果。距離分析和3D幾何模型對比工具能夠分析比較3D幾何模型并將結(jié)果進行可視化顯示，運用剖面觀察器，設(shè)計人員可以對計算結(jié)果進行剖視，并在剖面上進行測量以便更進一步的了解并評估被比較對象之間的差異。SPA通過與CATIA目標(biāo)管理器（COM）的集成，還能夠進行質(zhì)量和慣性等物理性質(zhì)的測量及計算。SPA先進的校驗功能，保證其能夠處理電子樣機審核及產(chǎn)品總成過程中經(jīng)常遇到的問題，能夠?qū)Ξa(chǎn)品的整個生命周期（從設(shè)計到維護）進行考察。1.5.5電子樣機空間分析設(shè)計CATIAV5電子樣機空間⒉數(shù)字轎車開發(fā)—功能虛擬樣機數(shù)字轎車開發(fā)是轎車數(shù)字化工程的核心，也是區(qū)別于以往早期零部件級別的虛擬設(shè)計最重要的方面，它面向整車系統(tǒng)——功能虛擬樣機。產(chǎn)品設(shè)計人員在新型轎車開發(fā)的早期就全面考察數(shù)字轎車在各種工況下的性能，真正使數(shù)字轎車設(shè)計由“形似”提高到“神似”，并進行整車系統(tǒng)的調(diào)整，使數(shù)字轎車功能、成本、安全性、可靠性、舒適性等相互矛盾的性能之間達到系統(tǒng)平衡與優(yōu)化。⒉數(shù)字轎車開發(fā)—功能虛擬樣機數(shù)字轎車開發(fā)是轎車數(shù)字化工程的2.1人機工程學(xué)分析人機工程學(xué)是運用生理學(xué)、心理學(xué)和醫(yī)學(xué)等有關(guān)科學(xué)知識，研究組成人機系統(tǒng)的機器和人的相互關(guān)系，以提高整個系統(tǒng)工效的新興邊緣科學(xué)。人機工程學(xué)研究在設(shè)計人機系統(tǒng)時如何考慮人的特性和能力，以及人受機器、作業(yè)和環(huán)境條件的限制。為了在進行產(chǎn)品設(shè)計過程中就很好地解決“人—機—環(huán)境”之間的問題，CATIAV5最早提出了人體設(shè)計與分析（ErgonomicsDesign&Analysis）解決方案。2.1人機工程學(xué)分析人機工程學(xué)是運用生理學(xué)、心理學(xué)和醫(yī)學(xué)等2.1.1人體模型構(gòu)造CATIAV5人體模型構(gòu)造（HBR：CATIAHumanBuilder）在虛擬環(huán)境中建立和管理標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化“虛擬”人體模型，以在產(chǎn)品生命周期的早期進行人機工程的交互式分析。HBR提供的工具包括：人體模型生成、性別和身高百分比定義、人機工程學(xué)產(chǎn)品生成、人機工程學(xué)控制技術(shù)、動作生成及高級視覺仿真等。一個友好的用戶接口確保了人體因素分析能夠由非人體分析專家進行研究。HBR能夠滿足來自轎車、工廠設(shè)計和電氣產(chǎn)品等行業(yè)的設(shè)計工程師、技術(shù)支持維修工程師和概念設(shè)計師等不同工業(yè)界人士的需要。有效地將HBR與HAA（人體行為分析）、HME（人體模型測量編輯）及HPA（人體姿態(tài)分析）結(jié)合起來可以生成更高級的人體模型，得到更詳盡的分析結(jié)果，使設(shè)計更符合人機工程學(xué)對舒適性、功能性及安全性的要求。這些產(chǎn)品的結(jié)合可以為設(shè)計人員提供人體工程設(shè)計詳細的解決方案。2.1.1人體模型構(gòu)造CATIAV5人體模型構(gòu)造（HBR2.1.2人體行為分析CATIAV5人體行為分析（HAA：CATIAHumanActivityAnalysis）作為HBR的輔助模塊，可以對處于虛擬環(huán)境中的人機互動進行特定的分析。HAA的優(yōu)點在于能夠精確地預(yù)測人的行為。它提供了多種高效的人體工程學(xué)分析工具和方法，可以全面分析人機互動過程中的全部因素。2.1.2人體行為分析CATIAV5人體行為分析（HAA2.1.3人體模型測量編輯CATIAV5人體模型測量編輯（HME：CATIAHumanMeasurementsEditor）允許設(shè)計人員通過大量的先進人體測量學(xué)工具生成高級的用戶自定義的人體模型。該模型依靠它的指定目標(biāo)人群，可以用于評價設(shè)計與其目標(biāo)的吻合程度。HME能夠滿足專業(yè)人機工程分析師、技術(shù)支持維護工程師等不同設(shè)計人員的需要。2.1.3人體模型測量編輯CATIAV5人體模型測量編輯2.1.4人體姿態(tài)分析CATIAV5人體姿態(tài)分析（HPA：CATIAHumanPostureAnalysis）可以定性和定量地分析人機工程學(xué)上的各種姿態(tài)。人的整個身體及各種姿態(tài)可以從各個方面被全面系統(tǒng)地反復(fù)檢驗和分析，以評定駕駛者的舒適性，并可以與以公布的舒適性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比較，來檢查、紀(jì)錄和重放人體全身或局部的姿勢，確定相關(guān)人體的舒適度和可操作性。界面友好的對話框提供了人體模型各個部位的姿勢信息，顏色編碼技術(shù)可以通過使用不同的顏色標(biāo)記，快速發(fā)現(xiàn)有問題的區(qū)域，重新做出分析，并進行姿態(tài)優(yōu)化。HPA允許設(shè)計人員根據(jù)自己的實際應(yīng)用，建立起自己的舒適度和強度數(shù)據(jù)庫設(shè)計，來滿足不同的需要。2.1.4人體姿態(tài)分析CATIAV5人體姿態(tài)分析（HPA2.2工程分析CATIAV5提供了一套既適于設(shè)計人員又適于專業(yè)分析人員使用并且經(jīng)過工業(yè)驗證的有限元分析解決方案（Analysis&Simulation），用來作為設(shè)計人員進行決策的輔助工具，其無與倫比的易用性，使設(shè)計人員可以進行設(shè)計與分析的反復(fù)疊代。與設(shè)計的完全集成和關(guān)聯(lián)，設(shè)計人員不需要進行傳統(tǒng)有限元分析軟件的前后置處理，只需在模型上添加載荷和約束，系統(tǒng)就可以對設(shè)計進行驗證。CATIAV5的分析解決方案覆蓋了工程分析的各個方面，包括線性的零件和混合裝配分析、接觸分析、屈曲分析、熱機械分析、零件和混合模型的模態(tài)分析、可變形裝配公差分析等。2.2工程分析CATIAV5提供了一套既適于設(shè)計人員又2.2.1創(chuàng)成式結(jié)構(gòu)分析CATIAV5創(chuàng)成式零件結(jié)構(gòu)分析（GPS：CATIAGenerativePartStructuralAnalysis）擁有先進的前處理、求解和后處理的能力，為產(chǎn)品設(shè)計人員和分析工程師提供了一種簡便的應(yīng)用和分析環(huán)境，允許設(shè)計者對零件進行快速的、準(zhǔn)確的應(yīng)力分析和變形分析2.2.1創(chuàng)成式結(jié)構(gòu)分析CATIAV5創(chuàng)成式零件結(jié)構(gòu)分GPS所具有的明晰的、自動的模擬和分析功能，使得在設(shè)計的初級階段，就可以對零部件進行反復(fù)多次的設(shè)計和分析計算，從而達到改進和加強零件性能的目的。作為分析運算的核心模塊，GPS集成了一系列的更高級的可定制的專業(yè)級的分析求解工具，可以使設(shè)計人員很好地完成機械零件性能評估中所要求的應(yīng)力分析、振動分析和接觸分析。對于實體部件、曲面部件和線框結(jié)構(gòu)部件都可以在GPS中實現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析。在一個非常直觀的環(huán)境中，用戶可以對零件進行自動的應(yīng)力分析（包括接觸應(yīng)力分析）和模態(tài)頻率分析。GPS自適應(yīng)技術(shù)支持應(yīng)力計算時的局部細化，對于計算結(jié)果也提供先進的分析功能，例如實時動態(tài)剖面。GPS所具有的明晰的、自動的模擬建立在GPS基礎(chǔ)上的CATIAV5創(chuàng)成式裝配件結(jié)構(gòu)分析（GAS：CATIAGenerativeAssemblyStructuralAnalysis）很好地繼承了GPS核心模塊提供的所有的功能，允許設(shè)計人員直接對裝配進行定義，可以直接調(diào)用通過ASD定義的裝配連接來進行分析。GAS自動地完成以下過程：對每個零件自動化分網(wǎng)格，然后將不能匹配的網(wǎng)格通過獨特的組合機制自動連接?？梢詫崿F(xiàn)對各種類型裝配件結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析和振動分析，而且通過在多部件之間建立起來的良好的連接關(guān)系，使得在整個的分析過程中，模型中各個特定的裝配關(guān)系可以得到完美的體現(xiàn)。建立在GPS基礎(chǔ)上的CATIAV5創(chuàng)成式裝配件結(jié)2.2.2Elfini結(jié)構(gòu)分析CATIAV5Elfini結(jié)構(gòu)分析（EST：CATIAElfiniStructuralAnalysis）提供了可以滿足分析專家需求的高級分析選項。EST繼承了GPS的所有功能。同時，它進一步給出了更多的分析類型和補充選項，擴展了GPS功能，以便進行更為高級的前、后處理和分析解算。EST通過與GAS結(jié)合使用，既能夠?qū)α慵M行結(jié)構(gòu)分析，也可以對裝配件進行結(jié)構(gòu)分析。作為一個集成化的模塊，EST結(jié)合CATIAV5其它設(shè)計模塊，提供了完全相關(guān)的分析規(guī)范，設(shè)計上的變化會直接反映到分析結(jié)果的變化，因此可以快速完成高質(zhì)量的設(shè)計。2.2.2Elfini結(jié)構(gòu)分析CATIAV5Elfin2.2.3變形裝配件公差分析CATIAV5變形裝配件公差分析（TAA：CATIAToleranceAnalysisofDeformableAssembly）提供一套基于單個零件公差，運用變形與裝配分析，對鈑金件進行裝配公差分析預(yù)測的工具，能夠預(yù)測鈑金零件焊接體（螺釘連接或鉸接）的公差一致性，分析預(yù)測過程中會充分考慮裝配中的產(chǎn)品、流程和資源等因素。2.2.3變形裝配件公差分析CATIAV5變形裝配件公差。TAA可以直接應(yīng)用到設(shè)計階段，幫助設(shè)計者確定或驗證裝配流程（例如裝配次序或焊接/鉚接次序等）、相應(yīng)的裝配公差、鈑金結(jié)構(gòu)件的幾何外形與各種屬性值（例如厚度、材料等）。同樣可以應(yīng)用到生產(chǎn)制造階段，用來發(fā)現(xiàn)一些需要糾正的流程錯誤，而且可以結(jié)合靈敏度分析來組織加工過程（例如增加一些新的定位裝置、修改焊接次序）。TAA與CATIAV5其它分析環(huán)境相集成，使設(shè)計人員不僅能夠分析單個零部件的有效期影響而且能夠考慮整個裝配過程中發(fā)生的變形，從而為零件優(yōu)化設(shè)計和裝配工藝優(yōu)化提供反饋，使產(chǎn)品進行全面質(zhì)量改進成為可能。。TAA可以直接應(yīng)用到設(shè)計階段，2.3中間數(shù)據(jù)格式接口2.3.1初始圖形交換規(guī)范IGES初始圖形交換規(guī)范（IGES：InitialGraphicsExchangeSpecification）是美國國家標(biāo)準(zhǔn)局和工業(yè)界于1975年共同制定并實施的。CATIAV5提供的IGES接口（IGI：CATIAIGESInterface）可以幫助多個CAD/CAM系統(tǒng)并存的制造企業(yè)通過IGES中性數(shù)據(jù)格式進行數(shù)據(jù)交換。該實用程序支持IGESV5.3版本，并具有IGES元素名字和CATIAV5幾何元素標(biāo)識之間的名字匹配管理功能，能夠處理3D線架元素、曲面和剪載曲面元素、等距偏置曲線、表皮和表皮邊界、二次曲線和顏色。轉(zhuǎn)換完成后，同時產(chǎn)生一個HTML格式轉(zhuǎn)換報告。設(shè)計人員可以在兩個完全不同的系統(tǒng)之間直接進行可靠的雙向數(shù)據(jù)交換，也可以自動存取IGES文件。2.3中間數(shù)據(jù)格式接口2.3.1初始圖形交換規(guī)范IGES2.3.2產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP1983年12月，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織所屬技術(shù)委員會TC184（工業(yè)自動化系統(tǒng)技術(shù)委員會）下的“產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)外部表示”（ExternalRepresentationofProductModelData）分委會SC4所制定的國際統(tǒng)一CAD數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)：產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（STEP：StandardfortheExchangeofProductModelData），到1994年已完成了其中12個分號標(biāo)準(zhǔn)。CATIAV5配備的STEP核心接口（STI：CATIASETPCoreInterface）能自動識別STEP文件類型，支持幾何體和裝配結(jié)構(gòu)，并能夠輸入、輸出拓撲關(guān)系（如實體、殼體類零件）。允許設(shè)計人員交互式地以STEPAP203和STEPAP214數(shù)據(jù)格式讀寫數(shù)據(jù)。2.3.2產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP2.4第三方軟件無縫接口2.4.1與ANSYS、NASTRAN的專用接口基于設(shè)計員級的有限元分析及優(yōu)化，由CATIAV5創(chuàng)成式結(jié)構(gòu)分析模塊完成，包括零部件和裝配件的結(jié)構(gòu)分析、靜載分析及模態(tài)分析。對于復(fù)雜的非線性有限元分析可在CATIAV5中進行網(wǎng)格劃分，然后進入市場上流行的有限分析軟件ANSYS或NASTRAN系統(tǒng)中，進行分析計算，最后再由CATIAV5進行后置處理。CATIAV5與ANSYS及NASTRAN分別都有專門的接口，不必做任何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。NASTRAN還專門針對CATIAV5開發(fā)了分析模塊V5i。2.4第三方軟件無縫接口2.4.1與ANSYS、NAST2.4.2與ADAMS軟件的專用接口CATIAV5與市場上流行的動力學(xué)分析軟件ADAMS軟件有專門的接口，運行該接口后，ADAMS軟件可在CATIAV5中使用，就像CATIAV5的一個模塊一樣。2.4.2與ADAMS軟件的專用接口⒊虛擬加工根據(jù)虛擬制造的要求，虛擬加工平臺要進行數(shù)字轎車可加工性分析，包括零部件制造設(shè)計與分析（如：焊接、鈑金和模具）、制造過程碰撞干涉檢驗及運動軌跡檢驗（如：數(shù)控加工）等。⒊虛擬加工根據(jù)虛擬制造的要求，虛擬加工平臺要進行數(shù)3.1虛擬焊接設(shè)計3.2虛擬鈑金設(shè)計3.3虛擬模具設(shè)計3.4虛擬數(shù)控加工設(shè)計3.1虛擬焊接設(shè)計⒋虛擬生產(chǎn)該平臺將支持生產(chǎn)環(huán)境的布局設(shè)計及設(shè)備集成、產(chǎn)品遠程虛擬測試、企業(yè)生產(chǎn)計劃及調(diào)度的優(yōu)化，進行可生產(chǎn)性分析。包括虛擬設(shè)備集成、虛擬生產(chǎn)環(huán)境布局和虛擬計劃與調(diào)度。⒋虛擬生產(chǎn)該平臺將支持生產(chǎn)環(huán)境的布局設(shè)計及設(shè)備集4.1虛擬生產(chǎn)線設(shè)計4.1.1電纜布線設(shè)計4.1.2系統(tǒng)空間預(yù)留設(shè)計4.1.3系統(tǒng)布線設(shè)計4.1.4設(shè)備布置設(shè)計4.1.5支架設(shè)計4.1.6線槽與導(dǎo)管設(shè)計4.1.7管線設(shè)計4.1虛擬生產(chǎn)線設(shè)計4.1.1電纜布線設(shè)計4.2虛擬廠房設(shè)計如今，每一個制造企業(yè)都在不停地尋找新辦法減少設(shè)備閑置時間、減少生產(chǎn)車間出現(xiàn)問題的次數(shù)及停工期，以便將產(chǎn)品快速地投放市場。為了幫助企業(yè)成功地實現(xiàn)上述目標(biāo)，CATIAV5廠房布置設(shè)計（PLO：CATIAPlantLayout）應(yīng)運而生。它可以優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備布置和廠房布置，從而優(yōu)化生產(chǎn)過程、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品輸出。4.2虛擬廠房設(shè)計如今，每一個制造企業(yè)都在不停地尋找新辦法五、CATIAV5

數(shù)字化轎車集成技術(shù)⒈產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理⒉知識工程⒊并行工程五、CATIAV5數(shù)字化轎車集成技術(shù)⒈產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理六、結(jié)束語本文論述了虛擬制造、轎車數(shù)字化工程等的基本內(nèi)涵，并結(jié)合CATIAV5系統(tǒng)的技術(shù)特點，討論了轎車設(shè)計、開發(fā)和制造全生命周期中CATIAV5的具體應(yīng)用，包括數(shù)字轎車設(shè)計、數(shù)字轎車開發(fā)、虛擬加工和虛擬生產(chǎn)等。由此可以深刻體會到CATIAV5已不僅僅是一個簡單的輔助設(shè)計工具，早已遠遠超過了在屏幕上定義產(chǎn)品的階段，它所提供的先進建模與仿真技術(shù)，為現(xiàn)代轎車的設(shè)計、開發(fā)和制造的建立了一個相當(dāng)完善的軟件系統(tǒng)支撐環(huán)境，加快了新車型的開發(fā)速度和增強了其對市場的快速響應(yīng)能力，無疑會給制造企業(yè)帶來更加強大的競爭力。六、結(jié)束語本文論述了虛擬制造、轎車數(shù)字化工程等的基參考文獻[1]肖田元，韓向利，王新龍.虛擬制造的定義與關(guān)鍵技術(shù)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，1998，38（10）：102-106.[2]肖田元.虛擬制造及其在轎車數(shù)字化工程中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2002，14（3）：342-347.[3]丁良旭.虛擬技術(shù)與汽車工業(yè)[J].客車技術(shù)與研究，2002，24（2）：1-5.[4]劉戰(zhàn)強，艾興.虛擬制造技術(shù)及其應(yīng)用的現(xiàn)狀與發(fā)展展望[J].山東大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2002，32（3）：211-217.[5]丁巖.新一代的CATIAV5[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2003，（4）：72-76.[6]WiensGJ.AnOverviewofVirtualManufacturing[A].VirtualManufacturing-Proceedingsofthe2ndAgileManufacturingConference（AMC’95）[C].Albuquerque，NewMexico，USA1995，ERIPress.233-243.參考文獻[1]肖田元，韓向利，王新龍.虛擬制造的定義與關(guān)鍵作者簡介：第一作者姓名：熊欣（1978-），男，湖北黃石人，武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程專業(yè)工學(xué)碩士研究生，現(xiàn)就職于上海江達科技發(fā)展有限公司武漢辦事處，任CATIA技術(shù)支持工程師。作者簡介：第一作者姓名：熊欣（1978-），男，湖北黃石人，感謝感CATIAV5及其在轎車數(shù)字化工程中的應(yīng)用

熊欣1，鐘詩清1，馬洪閣2CATIAV5及其在轎車數(shù)字化工程中的應(yīng)用

熊欣1摘要：論述了虛擬制造、轎車數(shù)字化工程等相關(guān)概念，介紹了CATIAV5的發(fā)展和技術(shù)特點，然后，從轎車整個開發(fā)周期的角度闡述了CATIAV5在轎車數(shù)字化工程中的應(yīng)用，包括數(shù)字樣機、功能虛擬樣機、虛擬加工、虛擬生產(chǎn)等，提出了一個基于CATIAV5的轎車數(shù)字化工程開發(fā)流程。摘要：論述了虛擬制造、轎車數(shù)字化工程等相關(guān)概念，介紹了CA一、前言當(dāng)今世界，在經(jīng)濟全球化、貿(mào)易自由化和社會信息化的新形勢下，全球制造企業(yè)之間的競爭日趨激烈，制造業(yè)對市場的快速響應(yīng)（交貨期）在工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)成為競爭的焦點。一、前言當(dāng)今世界，在經(jīng)濟全球化、貿(mào)易自由化和社會信息化的新二、轎車數(shù)字化工程汽車行業(yè)的CAD/CAM/CAE技術(shù)在二十世紀(jì)七、八十年代已經(jīng)流行，主要以零部件的設(shè)計為對象，使得零部件的缺陷大大降低，例如汽車零部件缺陷降低了40%。然而，整機廠卻并未得到對應(yīng)的效益。優(yōu)化的零部件組成的系統(tǒng)并不能保證是最優(yōu)的，例如設(shè)計完美的制動器與設(shè)計優(yōu)良的懸架及底盤組成的系統(tǒng)，其應(yīng)用效果并不總是理想的，必須從系統(tǒng)水平進行設(shè)計。從九十年代中開始，面向整車設(shè)計開發(fā)的汽車虛擬制造應(yīng)運而生。二、轎車數(shù)字化工程汽車行業(yè)的CAD/CAM/CAE技術(shù)在虛擬制造（VM：VirtualManufacturing）是一個處于發(fā)展中的新概念。目前比較通行的說法是：虛擬制造是實際制造在計算機上的本質(zhì)實現(xiàn)，即采用計算機建模與仿真技術(shù)，在高性能計算機及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，在計算機上群組協(xié)同工作，通過三維模型及動畫或虛擬現(xiàn)實，實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗，以及企業(yè)各級過程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程，以增強制造過程各級的決策與控制能力。虛擬制造（VM：VirtualManufacturing）盡管虛擬制造技術(shù)出現(xiàn)只有短短的幾年時間，但它已在汽車業(yè)界得到廣泛的重視，而且其革命性的影響也很快地顯示了出來。典型的例子有：克萊斯勒新型汽車開發(fā)周期由36個月縮短至24個月，福特公司也在1999年底宣布開發(fā)出了全數(shù)字化轎車。奔馳汽車公司1998年之前已經(jīng)完成了數(shù)字化轎車樣機，并實現(xiàn)了較強的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可在設(shè)計階段對轎車的總體性能匹配和車身系統(tǒng)布置設(shè)計等進行直觀、全面的仿真分析、評價和改進。虛擬制造技術(shù)已被公認為未來汽車設(shè)計、開發(fā)的必然趨勢，也是我國盡快消化、吸收國外先進技術(shù)，迅速提高自主設(shè)計能力，開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)汽車，實現(xiàn)由“追隨模式”到“自主開發(fā)”的跨越發(fā)展的有效手段。盡管虛擬制造技術(shù)出現(xiàn)只有短短的幾年時間，轎車數(shù)字化工程本質(zhì)上就是要利用計算機生產(chǎn)出“數(shù)字轎車”。不難看出，數(shù)字化工程技術(shù)是一個跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，它包括轎車數(shù)字化定義、仿真、可視化、虛擬現(xiàn)實、數(shù)據(jù)集成、優(yōu)化等。轎車數(shù)字化工程的目標(biāo)是對轎車整個生命周期（包括設(shè)計、開發(fā)、加工、生產(chǎn)）的“可制造性”（Manufacturability）的決策支持?！翱芍圃煨浴庇挚梢赃M一步分解為“可行性”、“可開發(fā)性”、“可加工性”和“可生產(chǎn)性”。這四個方面是相互關(guān)聯(lián)的，因此，應(yīng)從“數(shù)字轎車設(shè)計”（形狀虛擬樣機—ShapeVirtualPrototyping，SVP）、“數(shù)字轎車開發(fā)”（功能虛擬樣機—FunctionVirtualPrototyping，F(xiàn)VP）、“虛擬加工”、“虛擬生產(chǎn)”（虛擬設(shè)備與生產(chǎn)線）四個層次提供轎車全生命周期的數(shù)字化工程開發(fā)的基本支持。轎車數(shù)字化工程本質(zhì)上就是要利用計算機生三、CATIAV5的發(fā)展和技術(shù)特點CATIAV5是IBM/DS在充分了解客戶的經(jīng)驗、并積累了大量客戶的應(yīng)用需求后基于Windows核心重新開發(fā)的新一代高端CAD/CAM軟件系統(tǒng)。三、CATIAV5的發(fā)展和技術(shù)特點CATIAV5是IBMCATIA——ComputerAidedThree&TwoDimensionalInteractionApplicationSystem，計算機輔助三維/二維交互式應(yīng)用系統(tǒng)，自1999年3月法國達索系統(tǒng)（DassaultSystems）正式發(fā)布第一個版本即CATIAV5R1（CATIAVersion5Release1）以來，平均每年發(fā)布2~3個版本，到2003年4月發(fā)布的CATIAV5R11（CATIAVersion5Release11），模塊總數(shù)出最初的12個增加到了146個。將原來運行于IBM主機和AIX工作站環(huán)境的V4版本徹底改變?yōu)槲④沇indowsNT環(huán)境，99%以上的用戶界面圖標(biāo)采用MS-Office形式，并且自己開發(fā)一組圖形庫，使得Unix工作站版本與Windows微機版具有相同的用戶界面。CATIAV5充分發(fā)揮了Windows平臺的優(yōu)點，一經(jīng)推出市場后立刻就得到業(yè)界廣泛的認可，被很多CAD/CAM領(lǐng)域的資深咨詢專家評價為第四代CAD/CAM軟件，代表了CAD/CAM未來發(fā)展的方向。CATIA——ComputerAidedThreeCATIAV5在開發(fā)時大量使用了最新和最前沿的計算機技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，其中包括基于JAVA和Web技術(shù)、C++語言、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想（O-O）、STEP-SDAI、OpenGL、OLE/CORBA和VisualBasicJournaling等，這使CATIAV5具有與眾不同的鮮明的特點CATIAV5在開發(fā)時大量使用了最新和最前沿的計算機技術(shù)單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，各個模塊全相關(guān)，某些模塊之間還是雙向相關(guān)；端到端的集成系統(tǒng)，擁有寬廣的專業(yè)覆蓋面，支持自上向下（Top-down）和自下向上（Bottom-top）的設(shè)計方式；以流程為中心，應(yīng)用了許多的相關(guān)工業(yè)優(yōu)秀開發(fā)設(shè)計經(jīng)驗，提供經(jīng)過優(yōu)化的流程；創(chuàng)新的用戶界面，把使用性和功能性結(jié)合起來，易學(xué)易用；獨一無二的知識工程架構(gòu)，創(chuàng)建、訪問以及應(yīng)用企業(yè)知識庫，把產(chǎn)品開發(fā)過程中涉及到的多學(xué)科知識有機地集成在一起；先進的混合建模技術(shù)，建立在優(yōu)秀的、可靠的幾何實現(xiàn)原理基礎(chǔ)上，具有領(lǐng)先的幾何建模和混合建模功能；CATIA建立在STEP產(chǎn)品模型和CORBA標(biāo)準(zhǔn)之上，具有在整個產(chǎn)品周期內(nèi)方便的修改能力，尤其是后期修改；CATIA提供多模型鏈接的工作環(huán)境及混合建模方式，實現(xiàn)真正的并行工程的設(shè)計環(huán)境；強大的電子樣機技術(shù)；開放平臺，為各種應(yīng)用的集成提供了一個開放的平臺；面向設(shè)計的工程分析，作為設(shè)計人員進行決策的輔助工具，開放性允許使用第三方的解算器（如NASTRAN）；完善的加工解決方案，唯一建立在單一的基礎(chǔ)架構(gòu)上、基于知識工程、覆蓋所有CAM應(yīng)用；支持電子商務(wù)，支持即插即用（Plug＆Play）功能的擴展等。單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，各個模塊全相關(guān)，某四、基于CATIAV5的數(shù)字化轎車⒈數(shù)字轎車設(shè)計—形狀虛擬樣機這是支持轎車總體設(shè)計的支撐平臺，用于數(shù)字概念車設(shè)計。包括數(shù)字轎車造型設(shè)計、數(shù)字轎車車身設(shè)計、數(shù)字轎車發(fā)動機和底盤零部件設(shè)計、數(shù)字轎車管路和電子線路設(shè)計以及數(shù)字轎車電子樣機設(shè)計。四、基于CATIAV5的數(shù)字化轎車⒈數(shù)字轎車設(shè)計—形1.1數(shù)字轎車造型設(shè)計CATIAV5開發(fā)出一種嶄新的造型方式——基于草圖的自由曲面設(shè)計（FSK：ATIAFreestyleSketchTracer），它可以快速導(dǎo)入造型師繪制的轎車2D風(fēng)格造型圖（Tif、Jpg或者Bmp格式）。將導(dǎo)入的幾張造型圖在3D環(huán)境中定位后，就可以利用CATIAV5的豐富的曲面造型工具（如（FSS：CATIAFreestyleShape）在造型圖的基礎(chǔ)上，繪制3D轎車模型。1.1數(shù)字轎車造型設(shè)計CATIAV5開發(fā)出一種嶄新的造1.2數(shù)字轎車車身設(shè)計采用快速原型制造（RPM：RapidPrototypingManufacturing）技術(shù)，將CATIAV5生成的三維轎車造型數(shù)字模型數(shù)據(jù)傳給數(shù)控機床，迅速加工出供校驗和審批用的1:1轎車物理模型，然后打光，進行局部修改、完善，最后噴漆，定型。1.2數(shù)字轎車車身設(shè)計采用快速原型制造（RPM：Rapid返回修改原始的三維造型數(shù)字模型，這就涉及逆向工程（RE：ReverseEngineering）技術(shù)的應(yīng)用：形狀（幾何）反求。利用接觸式或者非接觸式的測量設(shè)備采集轎車物理模型的外表面數(shù)據(jù)，生成三維點云數(shù)據(jù)。CATIAV5數(shù)字化外形編輯（DSE：CATIADigitizedShapeEditor），可以方便快捷的導(dǎo)入多種格式的點云文件，如：Asciifree、Atos、Cgo等十余種，還提供了數(shù)字化數(shù)據(jù)的輸入、整理、組合、壞點剔除、截面生成、特征線提取、實時外形質(zhì)量分析等功能，對點云進行處理，根據(jù)處理后的點云直接生成車身覆蓋件的曲面。返回修改原始的三維造型數(shù)字模型，這就涉及逆向工程（RE：為了創(chuàng)建更高質(zhì)量的曲面，CATIAV5創(chuàng)成式曲面設(shè)計（GSD：CATIAGenerativeShapeDesign）可根據(jù)基礎(chǔ)線架與多個曲面特征組合，設(shè)計復(fù)雜的滿足要求的轎車車身。它提供了一套涵蓋面廣泛的工具集，用以建立并修改用于復(fù)雜車身或混合造型設(shè)計中的曲面。它基于特征的設(shè)計方法，提供了高效、直觀的設(shè)計環(huán)境，包括的智能化工具和定律（law）功能，允許用戶對設(shè)計方法和技術(shù)規(guī)范進行捕捉并再用。為了創(chuàng)建更高質(zhì)量的曲面，CATIAV5創(chuàng)成式曲轎車車身曲面設(shè)計的最高級別：汽車A級曲面設(shè)計，它的標(biāo)準(zhǔn)是曲面曲率三階可導(dǎo)，這對三維曲面設(shè)計提出了很高要求。針對這一難題，CATIAV5汽車A級曲面設(shè)計（ACA：CATIAAutomotiveClassA）采用其獨有的逼真造型、自由曲面相關(guān)性造型和設(shè)計意圖捕捉等曲面造型技術(shù)，可生成和構(gòu)造優(yōu)美、環(huán)保的轎車車身外形。它可以大幅度提高工作效率，并方便使用。開創(chuàng)了A級曲面處理的新方法，提高A級曲面造型的模型質(zhì)量，大大提高了A級曲面設(shè)計流程的設(shè)計效率并在總開發(fā)流程中達到更高層次的集成，將A級曲面整個開發(fā)過程提高到一個新的水平。轎車車身曲面設(shè)計的最高級別：汽車A級曲面1.3數(shù)字轎車發(fā)動機和底盤零部件設(shè)計在對轎車發(fā)動機和底盤零部件設(shè)計難點仔細研究的基礎(chǔ)上，CATIAV5零件設(shè)計（PDG：CATIAPartDesign）提供了3D機械零件設(shè)計的強大的設(shè)計工具。應(yīng)用“"智能實體”的設(shè)計思想，廣泛使用混合建模、關(guān)聯(lián)特征和靈活的布爾運算相結(jié)合的方法，允許設(shè)計者靈活使用多種設(shè)計手法：可以在設(shè)計過程中或設(shè)計完成以后，進行參數(shù)化處理；可以在可控制關(guān)聯(lián)性的裝配環(huán)境下進行草圖設(shè)計和零件設(shè)計，在局部3D參數(shù)化環(huán)境下添加設(shè)計約束；由于支持零件的多實體操作，還可以輕松管理零件更改，如進行靈活的設(shè)計后期修改操作。此外，PDG圖形化的結(jié)構(gòu)樹可表示出模型特征的組織層次結(jié)構(gòu)，以便更清晰地了解影響設(shè)計更改的因素。設(shè)計人員可以對整個特征組進行管理操作，以加快設(shè)計更改。1.3數(shù)字轎車發(fā)動機和底盤零部件設(shè)計在對轎車發(fā)動機和底盤零作為PDG的補充，CATIAV5線架與曲面設(shè)計（WSF：CATIAWireframeandSurfaceDesign）在零件設(shè)計的初始階段，創(chuàng)建上下關(guān)聯(lián)的線架結(jié)構(gòu)特征元素和基本曲面。線架特征元素和基本的曲面特征元素的使用，大大豐富了現(xiàn)有的3D機構(gòu)零件設(shè)計方法。它所采用的基于特征的設(shè)計方法提供了高效直觀的設(shè)計環(huán)境，使得曲面和實體混合建模成為可能。當(dāng)完成零件設(shè)計后，CATIAV5裝配設(shè)計（ASD：CATIAAssemblyDesign）可以幫助設(shè)計師用自頂向下（Top-down）或自底向上（Bottom-up）的方法定義和管理多層次的大型裝配結(jié)構(gòu)，可真正實現(xiàn)裝配設(shè)計和單個零件設(shè)計之間的并行工程。作為PDG的補充，CATIAV5線架與曲面設(shè)計通過簡單地移動鼠標(biāo)或選取圖標(biāo)，設(shè)計人員就能將零件拖動到或快速移動到指定的裝配位置；選擇各種形式的機械約束，用來調(diào)整零件的位置并建立起約束關(guān)系；選擇手動或自動的方式進行更新，可以重新排列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，并進行干涉和縫隙檢查；無需復(fù)制相同零件或子裝配數(shù)據(jù)，就可以在同一個裝配件或不同裝配件中重復(fù)使用。建立標(biāo)準(zhǔn)零件或裝配件的目錄庫，爆炸圖的自動生成使用對設(shè)計的理解非常容易，分析功能可檢查是否發(fā)生干涉以及是否超過了定義的間隙限制。無論多么復(fù)雜的裝配，BOM（BillofMaterial）表自動生成功能可得到所有零部件的準(zhǔn)確信息。柔性子裝配功能可以動態(tài)地切斷產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和機械行為之間的聯(lián)系，這一獨特的命令能夠在父裝配中移動子裝配的單獨部件，或者管理實例化子部件不同的內(nèi)部位置……ASD提供的這些高效的工作方式，使得裝配設(shè)計者可以大幅減少設(shè)計時間和提高設(shè)計質(zhì)量。通過簡單地移動鼠標(biāo)或選取圖標(biāo)，設(shè)計人員就1.4數(shù)字轎車管路和電子線路設(shè)計1.4.1管路設(shè)計CATIAV5管路設(shè)計（PIP：CATIAPipingDesign）提供完整的工具用于創(chuàng)建、修改和分析管路設(shè)計，并進行建檔和管理，該工具主要用于創(chuàng)建能捕獲所有適當(dāng)設(shè)計信息和意圖的智能化管路布置，自動放置彎管、彎頭、三通和減壓閥等標(biāo)準(zhǔn)部件，這種智能化的管路設(shè)計功能可使設(shè)計人員更高效地實現(xiàn)設(shè)計過程并對設(shè)計內(nèi)容進行驗證。PIP功能驅(qū)動的設(shè)計可確保設(shè)計意圖在任何修改中得到貫徹，與設(shè)計規(guī)則引擎的集成可實現(xiàn)設(shè)計過程的自動化，并可確保企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)在整個設(shè)計過程中得到很好地貫徹。1.4數(shù)字轎車管路和電子線路設(shè)計1.4.1管路設(shè)計1.4.2電氣導(dǎo)線布線設(shè)計CATIAV5電氣導(dǎo)線布線設(shè)計（EWR：CATIAElectricalWireRouting）根據(jù)電氣信號的功能定義，在數(shù)字化樣機中進行電纜布局的定義和管理，專門用于電氣系統(tǒng)的物理形狀設(shè)計，允許設(shè)計人員在虛擬環(huán)境下解決復(fù)雜布線問題，同時使鏈接物理電氣系統(tǒng)與其功能性定義成為可能。針對電纜布線的廣泛性，EWR提供了線束的3D設(shè)計功能，設(shè)計人員可以在虛擬環(huán)境特別是在虛擬維護操作過程中隨意提取物理電纜的功能性用途。1.4.2電氣導(dǎo)線布線設(shè)計1.4.3電氣線束安裝設(shè)計CATIAV5電氣線束安裝設(shè)計（EHI：CATIAElectricalHarnessInstallation）是一個專門用于在3D虛擬環(huán)境下進行電氣裝置物理形狀設(shè)計的產(chǎn)品，自然地，電氣設(shè)計從機械設(shè)計環(huán)境開始，然后二者完全集成。在3D環(huán)境和電氣裝置之間可以很方便地進行關(guān)聯(lián)，也可以很方便地修改。EHI提供了一系列帶有幾何及電氣屬性的標(biāo)準(zhǔn)件，可以在機械裝配中進行線束設(shè)計，因此可以得到完整的包含電氣系統(tǒng)的3D電子樣機。由于與機械裝配的集成，電氣線束可以連接在電氣設(shè)備上，也可以連接在機械部件上。設(shè)計人員可以充分享受了電氣設(shè)計與機械裝配完全集成的帶來的益處。1.4.3電氣線束安裝設(shè)計1.4.4電氣線束展平設(shè)計CATIAV5電氣線束展平設(shè)計（EHF：CATIAElectricalHarnessFlattening）可以將EHI創(chuàng)建的3D線束展平，并產(chǎn)生相關(guān)的2D工程圖，以進行檢查和歸檔。EHF提供了一整套工具來根據(jù)位置處理線束的不同線段以得到多種解決方案，允許設(shè)計人員根據(jù)線段的剛性情況來決定是展開，還是繼續(xù)保留原始彎曲形狀。而EHI所定義的3D機械約束關(guān)系仍然保留，因此該線段的彎曲半徑和長度仍是被約束的。1.4.4電氣線束展平設(shè)計1.4.5電氣元件庫設(shè)計CATIAV5電氣元件庫設(shè)計（ELB：CATIAElectricalLibrary）專用于建立和管理電氣系統(tǒng)庫，如連接件、電氣設(shè)備、電纜束支架、電纜等，以便定義電氣裝置。允許設(shè)計人員擴展機械零件和裝配件使其帶有電氣屬性以定義成為電氣設(shè)備，使用的目錄庫是機械和電氣共用的。除管理電氣目錄庫以外，ELB還可以根據(jù)CSV文件中電氣屬性及數(shù)字化電氣系統(tǒng)中設(shè)備安裝匹配規(guī)則等有關(guān)定義，批處理方式生成電纜定義，包括電氣特性和屬性，以及在設(shè)計電氣系統(tǒng)時集成電氣設(shè)備所需的兼容規(guī)則的管理等。1.4.5電氣元件庫設(shè)計1.5數(shù)字轎車電子樣機設(shè)計電子樣機（DMU：DigitalMock-Up）技術(shù)被很多人理解為就是通過三維模型將零件裝配在一起，其實，實現(xiàn)三維是實現(xiàn)電子樣機的最基本的一步。根據(jù)歐洲高級信息化技術(shù)組織的定義：“電子樣機DMU是對產(chǎn)品的真實化計算機模擬，滿足各種各樣的功能，提供用于工程設(shè)計、加工制造、產(chǎn)品拆裝維護的模擬環(huán)境；是支持產(chǎn)品和流程、信息傳遞、決策制定的公共平臺；覆蓋產(chǎn)品從概念設(shè)計到維護服務(wù)的整個生命周期?！?.5數(shù)字轎車電子樣機設(shè)計電子樣機（DMU：Digital由此可見，電子樣機技術(shù)主要是指在計算機平臺上，通過三維CAD/CAE/CAM軟件，建立完整的產(chǎn)品數(shù)字化樣機，組成電子化樣機的每個部件除了準(zhǔn)確定義三維幾何圖形外，還賦有相互間的裝配關(guān)系、技術(shù)關(guān)聯(lián)、工藝、公差、人力資源、材料、制造資源、成本等信息，電子樣機應(yīng)具有從產(chǎn)品設(shè)計、制造到產(chǎn)品維護各階段所需的所有功能，為產(chǎn)品和流程開發(fā)以及從產(chǎn)品概念設(shè)計到產(chǎn)品維護整個產(chǎn)品生命周期的信息交流和決策提供一個平臺。由此可見，電子樣機技術(shù)主要是指在計算機平電子樣機技術(shù)，不只是單純的3D裝配，具有以下的功能和特點。（1）與CAX系統(tǒng)完全集成，并以“上下關(guān)聯(lián)的設(shè)計”方式作業(yè)。（2）提供強大的可視化手段，除了虛擬顯示和多種瀏覽功能，還集成了DMU漫游和截面透視等先進手段。（3）具備各種功能性檢測手段，如安裝/拆卸、機構(gòu)運動、干涉檢查、截面掃描等。（4）具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配置和信息交流功能。由于電子樣機（DMU）技術(shù)加強了設(shè)計過程中最為關(guān)鍵的空間和尺寸控制之間的集成，在產(chǎn)品開發(fā)過程中不斷對電子樣機進行驗證，大部分的設(shè)計錯誤都能被發(fā)現(xiàn)或避免，從而大大減少實物樣機的制作與驗證。電子樣機技術(shù)，不只是單純的3D裝配，具有CATIAV5的電子樣機功能由專門的模塊完成，從產(chǎn)品的造型、上下關(guān)聯(lián)的并行設(shè)計環(huán)境、產(chǎn)品的功能分析、產(chǎn)品瀏覽和干涉檢查、信息交流、產(chǎn)品可維護性分析、產(chǎn)品易用性分析、支持虛擬實現(xiàn)技術(shù)的實時仿真、多CAX支持、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理等各方面提供了完整的電子樣機功能，能夠完成與物理樣機同樣的分析、模擬功能，從而減少制作物理樣機的費用，并能進行更多的設(shè)計方案驗證。CATIAV5的電子樣機功能由專門的模塊完成，1.5.1電子樣機漫游設(shè)計CATIAV5電子樣機漫游設(shè)計（DMN：CATIADMUNavigator）使設(shè)計人員可以通過最優(yōu)化的觀察、漫游和交流功能實現(xiàn)高級協(xié)同的DMU檢查、打包和預(yù)裝配等。提供的大量工具（如添加注釋、超級鏈接、制作動畫、發(fā)布及網(wǎng)絡(luò)會議功能）使得所有涉及DMU檢查的團隊成員可以很容易地進行協(xié)同工作。高效的3D漫游功能保證了在整個團隊中進行管理和選擇DMU的能力。DMN指令自動執(zhí)行和用可視化文件快速加載數(shù)據(jù)的功能大大提高設(shè)計效率。批處理模式的運用進一步改善了存儲管理。借助與其它DMU產(chǎn)品的本質(zhì)集成，使完整的電子樣機審核及仿真成為可能，滿足設(shè)計人員處理任何規(guī)模電子樣機（如轎車等大型裝配體）的需求。1.5.1電子樣機漫游設(shè)計CATIAV5電子樣機漫游設(shè)1.5.2電子樣機優(yōu)化設(shè)計CATIAV5電子樣機優(yōu)化設(shè)計（DMO：CATIADMUOptimizer）能夠生成零件或裝配件的幾何描述替代體，以減少模型數(shù)據(jù)量，或更好地滿足特定應(yīng)用的特殊要求。通過只保留外部描述的方式，生成數(shù)據(jù)量少而表達精確的零件或裝配件。在與供應(yīng)商交流時僅提供零件簡單的外形信息，保護商業(yè)技術(shù)機密。零件外形信息還可以轉(zhuǎn)換成體積信息來做DMU仿真分析。通過運動包絡(luò)體或計算剩余空間大小的方法可以很方便地得到下一步設(shè)計的可用空間。對這樣生成的模型很容易進行管理，設(shè)計人員可以保存，并在對DMU進行檢查和分析時重新調(diào)用。1.5.2電子樣機優(yōu)化設(shè)計CATIAV5電子樣機優(yōu)化設(shè)計1.5.3電子樣機裝配模擬設(shè)計CATIAV5電子樣機裝配模擬設(shè)計（FIT：CATIADMUFittingSimulator）用來定義、模擬和分析裝配過程和拆卸過程，通過模擬維護修理過程的可行性（安裝/拆卸）來校驗原始設(shè)計的合理性。FIT可以產(chǎn)生拆卸預(yù)留空間等信息以便于將來的設(shè)計修改，還可以幫助標(biāo)識和確定裝配件的拆卸路徑。FIT所提供的的模擬和分析工具可以滿足產(chǎn)品設(shè)計、再生利用、服務(wù)和維護等各部門的具體要求，直觀顯示、仿真和動畫制作等功能為銷售、市場和培訓(xùn)等部門提供了有益的幫助。1.5.3電子樣機裝配模擬設(shè)計CATIAV5電子樣機裝配1.5.4電子樣機運動機構(gòu)模擬設(shè)計CATIAV5電子樣機運動機構(gòu)模擬設(shè)計（KIN：CATIADMUKinematicsSimulator）通過調(diào)用大量已有的多個種類的運動副或者通過自動轉(zhuǎn)換機械裝配約束條件而產(chǎn)生的運動副，對任何規(guī)模的電子樣機進行運動機構(gòu)定義。通過運動干涉檢驗和校核最小間隙來進行機構(gòu)運動分析。KIN可以生成運動零件的軌跡、掃掠體和包絡(luò)體以指導(dǎo)未來的設(shè)計。它還可以通過與其它DMU產(chǎn)品的集成做更多復(fù)雜組合的運動仿真分析，能夠滿足從機械設(shè)計到功能評估的各類工程設(shè)計人員的需要。1.5.4電子樣機運動機構(gòu)模擬設(shè)計CATIAV5電子樣機1.5.5電子樣機空間分析設(shè)計CATIAV5電子樣機空間分析設(shè)計（SPA：CATIADMUSpaceAnalysis）使用先進的干涉檢查與分析工具、高級的斷面分析工具、測量工具、距離分析工具和3維幾何對比工具等進行最佳的DMU校驗。SPA以交互式或以批處理方式進行碰撞、間隙及接觸等干涉檢查計算，并得到更為復(fù)雜和詳盡的分析結(jié)果。距離分析和3D幾何模型對比工具能夠分析比較3D幾何模型并將結(jié)果進行可視化顯示，運用剖面觀察器，設(shè)計人員可以對計算結(jié)果進行剖視，并在剖面上進行測量以便更進一步的了解并評估被比較對象之間的差異。SPA通過與CATIA目標(biāo)管理器（COM）的集成，還能夠進行質(zhì)量和慣性等物理性質(zhì)的測量及計算。SPA先進的校驗功能，保證其能夠處理電子樣機審核及產(chǎn)品總成過程中經(jīng)常遇到的問題，能夠?qū)Ξa(chǎn)品的整個生命周期（從設(shè)計到維護）進行考察。1.5.5電子樣機空間分析設(shè)計CATIAV5電子樣機空間⒉數(shù)字轎車開發(fā)—功能虛擬樣機數(shù)字轎車開發(fā)是轎車數(shù)字化工程的核心，也是區(qū)別于以往早期零部件級別的虛擬設(shè)計最重要的方面，它面向整車系統(tǒng)——功能虛擬樣機。產(chǎn)品設(shè)計人員在新型轎車開發(fā)的早期就全面考察數(shù)字轎車在各種工況下的性能，真正使數(shù)字轎車設(shè)計由“形似”提高到“神似”，并進行整車系統(tǒng)的調(diào)整，使數(shù)字轎車功能、成本、安全性、可靠性、舒適性等相互矛盾的性能之間達到系統(tǒng)平衡與優(yōu)化。⒉數(shù)字轎車開發(fā)—功能虛擬樣機數(shù)字轎車開發(fā)是轎車數(shù)字化工程的2.1人機工程學(xué)分析人機工程學(xué)是運用生理學(xué)、心理學(xué)和醫(yī)學(xué)等有關(guān)科學(xué)知識，研究組成人機系統(tǒng)的機器和人的相互關(guān)系，以提高整個系統(tǒng)工效的新興邊緣科學(xué)。人機工程學(xué)研究在設(shè)計人機系統(tǒng)時如何考慮人的特性和能力，以及人受機器、作業(yè)和環(huán)境條件的限制。為了在進行產(chǎn)品設(shè)計過程中就很好地解決“人—機—環(huán)境”之間的問題，CATIAV5最早提出了人體設(shè)計與分析（ErgonomicsDesign&Analysis）解決方案。2.1人機工程學(xué)分析人機工程學(xué)是運用生理學(xué)、心理學(xué)和醫(yī)學(xué)等2.1.1人體模型構(gòu)造CATIAV5人體模型構(gòu)造（HBR：CATIAHumanBuilder）在虛擬環(huán)境中建立和管理標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化“虛擬”人體模型，以在產(chǎn)品生命周期的早期進行人機工程的交互式分析。HBR提供的工具包括：人體模型生成、性別和身高百分比定義、人機工程學(xué)產(chǎn)品生成、人機工程學(xué)控制技術(shù)、動作生成及高級視覺仿真等。一個友好的用戶接口確保了人體因素分析能夠由非人體分析專家進行研究。HBR能夠滿足來自轎車、工廠設(shè)計和電氣產(chǎn)品等行業(yè)的設(shè)計工程師、技術(shù)支持維修工程師和概念設(shè)計師等不同工業(yè)界人士的需要。有效地將HBR與HAA（人體行為分析）、HME（人體模型測量編輯）及HPA（人體姿態(tài)分析）結(jié)合起來可以生成更高級的人體模型，得到更詳盡的分析結(jié)果，使設(shè)計更符合人機工程學(xué)對舒適性、功能性及安全性的要求。這些產(chǎn)品的結(jié)合可以為設(shè)計人員提供人體工程設(shè)計詳細的解決方案。2.1.1人體模型構(gòu)造CATIAV5人體模型構(gòu)造（HBR2.1.2人體行為分析CATIAV5人體行為分析（HAA：CATIAHumanActivityAnalysis）作為HBR的輔助模塊，可以對處于虛擬環(huán)境中的人機互動進行特定的分析。HAA的優(yōu)點在于能夠精確地預(yù)測人的行為。它提供了多種高效的人體工程學(xué)分析工具和方法，可以全面分析人機互動過程中的全部因素。2.1.2人體行為分析CATIAV5人體行為分析（HAA2.1.3人體模型測量編輯CATIAV5人體模型測量編輯（HME：CATIAHumanMeasurementsEditor）允許設(shè)計人員通過大量的先進人體測量學(xué)工具生成高級的用戶自定義的人體模型。該模型依靠它的指定目標(biāo)人群，可以用于評價設(shè)計與其目標(biāo)的吻合程度。HME能夠滿足專業(yè)人機工程分析師、技術(shù)支持維護