基于CATIA平臺(tái)的車(chē)身數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用

1、基于CATIA平臺(tái)的車(chē)身數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用0u:Fw'Sy0車(chē)身設(shè)計(jì)流程+|v(B!X中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)*Fhcs一輛新車(chē)從前期調(diào)研到后期的批量生產(chǎn)，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和成本，而車(chē)身的開(kāi)發(fā)占據(jù)整個(gè)車(chē)型開(kāi)發(fā)的70，所以車(chē)身的開(kāi)發(fā)在整車(chē)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中尤為重要。圖1所示為一般的車(chē)身開(kāi)發(fā)流程。$Z L2x$mL M0 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)w_"T*o8xa7W'y p1A:+_*D2?0 c!cZ ?3M0圖1 車(chē)身開(kāi)發(fā)流程CATIA V5在車(chē)身設(shè)計(jì)流程中的應(yīng)用F7:;rMH4KE4Q0 LH7R fK01車(chē)身總布置階段中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)poj5_#YS中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)aSteP 汽車(chē)車(chē)身總布置是

2、其他設(shè)計(jì)階段的前提和基礎(chǔ)，是汽車(chē)設(shè)計(jì)的最初始的步驟，車(chē)身總布置的好壞，在很大程度上決定著車(chē)身設(shè)計(jì)的成敗。E ku Z/C0 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)0t*Ahx 車(chē)身總布置可以初步確定駕駛室長(zhǎng)寬高尺寸、前后風(fēng)窗位置和角度、發(fā)動(dòng)機(jī)罩高度、地板平面高度、前圍板位置、座椅布置、內(nèi)部空間尺寸、方向盤(pán)位置角度與操作機(jī)構(gòu)和踏板的相互位置等，對(duì)車(chē)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起控制和指導(dǎo)作用。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)3Tt3W/G JG-R中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)ydzb'JPgUr6w,h 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)E,u-x:h3qLh6zMgFRg0圖2 CAITA 2D Layou車(chē)身應(yīng)用在這個(gè)過(guò)程中，使用CATIA中的2D Layou（LO1）模塊

3、進(jìn)行車(chē)身總布置設(shè)計(jì)，專(zhuān)門(mén)用于加速3D概念設(shè)計(jì)流程，它能夠使設(shè)計(jì)師工作在內(nèi)置2D繪圖功能的3D環(huán)境中，使設(shè)計(jì)師能夠工作在一個(gè)多視圖功能的繪圖工作臺(tái)上。在這里我們可以直接使用2D的人體模型模板，也可以將其轉(zhuǎn)換到三維的設(shè)計(jì)中。2D人體模板利用CATIA的模板化功能進(jìn)行定制，并把SAE或其他人體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范嵌入到模板中，使其更加符合現(xiàn)實(shí)的人體設(shè)計(jì)。該模塊能夠調(diào)用一切的二維或三維資源到我們的布置中，可以最大程度上利用資源，大大提高效率。如圖2所示，圖中直接調(diào)用目標(biāo)車(chē)型的斷面線，利用模板調(diào)用二維人體模型，調(diào)用三維的座椅模型等進(jìn)行布置工作。利用2D概念集合圖形設(shè)計(jì)3D模型，利用完整的圖紙功能規(guī)劃3D模型布局，利

4、用遺留圖紙啟動(dòng)新項(xiàng)目。_,g2N!Dn!O0 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)C$PB:q,/fY 2產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段Xc7jptj0 4NWRm0?(D"L P;|zO0首先根據(jù)所設(shè)計(jì)車(chē)型的規(guī)劃方向、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車(chē)所需的要點(diǎn)及概念，繪制出能使第三者充分認(rèn)識(shí)這些概念的內(nèi)容和特點(diǎn)的表達(dá)設(shè)計(jì)的草圖。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng))l;cLz'EK,f,F4Kg(?#g0在外觀概念草圖階段，可以直接利用FSK模塊將造型師的作品（JPG、BMP等格式）直接集成到3D格式中，提供了一個(gè)直觀工具箱，幫助我們將二維數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為三維數(shù)據(jù)。該功能可直接將JPG等圖片按照實(shí)際尺寸大小擺放到三維空間，使用CATIA的自由曲面和創(chuàng)成式外形

5、設(shè)計(jì)，繪制出參考線框，生成曲面，直接轉(zhuǎn)換到加工模塊對(duì)其進(jìn)行數(shù)控編程，以用于后期的油泥制作等階段的數(shù)控加工模型等功能。該功能快捷、方便、直觀，不用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，可提高設(shè)計(jì)效率。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)Y*S-?/7J$!hj?0,H D3g*)K0從很多概念圖中選出數(shù)種方案，使其特征鮮明化，考慮細(xì)部形狀布置等問(wèn)題后，以嚴(yán)格的透視圖畫(huà)法，畫(huà)出效果圖（見(jiàn)圖3），一般還要畫(huà)出正側(cè)、正前和正后等效果圖，并且所有的形體變化、裝飾件、附件等都要仔細(xì)畫(huà)出，給人以真實(shí)的質(zhì)感。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)rbbx OZ-.m%A3HfZD%o0中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)1UlB3Z?n+FJOhv0圖3 效果圖現(xiàn)在人們對(duì)于汽車(chē)的外觀和舒適性要求越來(lái)越高

6、，而且汽車(chē)的外觀也直接影響其銷(xiāo)售業(yè)績(jī)，所以在產(chǎn)品生產(chǎn)之前，對(duì)其進(jìn)行真實(shí)化的渲染必不可少。在這里可以直接利用一些專(zhuān)業(yè)的渲染軟件，對(duì)其進(jìn)行2D的渲染，也可以利用上面步驟做出來(lái)的3D模型在CATIA中進(jìn)行渲染，2D的渲染總有一些視覺(jué)差異，而三維的渲染更能突出地表現(xiàn)出空間的效果。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)#Xw;?tb*Aw中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)E nI,/Q Px 隨后，利用工業(yè)油泥制作油泥模型（見(jiàn)圖4），使模型的外表感觀上像真車(chē)一樣。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)0h LbGb中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)lf:tK mA#%T'A V.d%YUrt/Z0 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)s1g0fU6 圖4 油泥模型油泥模型制作完成后，通常采用先進(jìn)的數(shù)字化

7、掃描技術(shù)將實(shí)物的表面和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)部分用點(diǎn)的云圖方式在CAD系統(tǒng)中顯示，在油泥模型階段確定之后，利用掃描設(shè)備對(duì)其進(jìn)行掃描，得到點(diǎn)云格式的三維數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖5），利用CATIA軟件中數(shù)字化編輯器（DSE）將其直接導(dǎo)入到CATIA的三維環(huán)境中，并對(duì)其進(jìn)行下一步驟的A級(jí)曲面建模工作。DSE模塊支持多種點(diǎn)云格式文件（txt、igs、stl、asc等各種掃描設(shè)備的點(diǎn)云文件），可以對(duì)點(diǎn)云文件進(jìn)行整理、組合、剔除壞點(diǎn)、截面生成以及實(shí)時(shí)外形質(zhì)量診斷等各種操作。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)Br$THn dDHE,H0t9N/a2m"x0f#COiY0a0 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)T9rN!" t 圖5 點(diǎn)云根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)

8、點(diǎn)云，開(kāi)始線圖工作。線圖數(shù)據(jù)必須滿足A級(jí)曲面（見(jiàn)圖6）的要求，這一點(diǎn)非常重要。A級(jí)曲面（線圖數(shù)據(jù)）的建模，利用CATIA專(zhuān)門(mén)的A級(jí)曲面建模模塊（ICEM SUR DESIGN縮寫(xiě)ISD）對(duì)其進(jìn)行A級(jí)曲面的建模工作。利用該模塊可以生成高質(zhì)量的A級(jí)曲面，并帶有相應(yīng)的曲面檢查工具，來(lái)對(duì)A級(jí)曲面進(jìn)行檢測(cè)，查找不符合要求的地方，并對(duì)其進(jìn)行修整。該步得到的模型可以直接用于后期的模具設(shè)計(jì)和加工，整個(gè)過(guò)程屬于無(wú)縫連接，并不需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)Q;d5e ?cM2D中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng);L:J(Ao"o%J;WH 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)m(G aeG*_:W0g?C5c g7l0圖6 內(nèi)飾A級(jí)曲面以上內(nèi)容主

9、要是造型工作，而工程設(shè)計(jì)工作主要是完成車(chē)身主斷面、工程設(shè)計(jì)和分析檢查工作。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)4V'Z'M,F5X.e!fN.D-J!qp |'R$k7D;d G(Y0首先介紹一下主斷面設(shè)計(jì)工作，主斷面設(shè)計(jì)對(duì)主要截面進(jìn)行分析，包括布置分析、法規(guī)校核、零件的工藝簡(jiǎn)單分析和固定點(diǎn)的概念設(shè)計(jì)等，并對(duì)各個(gè)零件之間的匹配給出概念設(shè)計(jì)，做出基本的前期開(kāi)發(fā)布置圖，同時(shí)也根據(jù)造型定義的縫隙和結(jié)構(gòu)工藝提出最小倒角要求，完成理論的縫隙倒角的概念圖。車(chē)身主斷面大概要做5580個(gè)。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)MO7G%euA中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)W'/q if5 車(chē)身斷面設(shè)計(jì)作為面向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)布數(shù)據(jù)，首先要體現(xiàn)

10、出部件間的配合關(guān)系或安裝形式，還要體現(xiàn)出部件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系、部件間的間隙、部件的料厚、密封膠條的密封形式以及鈑金與內(nèi)飾件的安裝布置等內(nèi)容。斷面圖如圖7所示。*O#Ez.j&v Fh e0 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)fpuWR 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng),6K g0w7Q:wCf |:ZYW|-h.S/w0圖7 斷面圖好的車(chē)身斷面設(shè)計(jì)的完成等于將白車(chē)身的建立完成了80%，剩下的工作就是按照發(fā)布的主斷面引入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖8）。這個(gè)過(guò)程主要是通過(guò)CATIA的創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行工作，利用草圖和裝配斷面切割等工具，可以使工作事半功倍。7Sg4nP)Jf0g0 (j2ms,_:g+k0s;UY5

11、ZqS,k0 f2I8?7amLL0圖8 三維結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用CATIA V5軟件，目前先進(jìn)主機(jī)廠可以實(shí)現(xiàn)全無(wú)紙化設(shè)計(jì)，數(shù)學(xué)模型直接支持模具的設(shè)計(jì)及制造。在完成上步的車(chē)身主斷面設(shè)計(jì)之后，進(jìn)行車(chē)身零件的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只用CATIA的創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)（GSD）和自由曲面（FSS）結(jié)合采用關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)生成帶有關(guān)聯(lián)性的模型文件，在結(jié)構(gòu)發(fā)生更改時(shí)，只要更改主斷面就可以完成零件的自動(dòng)生成，并可以生成帶關(guān)聯(lián)的圖紙，用于指導(dǎo)生產(chǎn)；也可以直接進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行加工，完成無(wú)紙化的設(shè)計(jì)。(Y0I1U.Q'WT8e0 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)OvLkB3F 最后，我們必須要進(jìn)行檢查和校核

12、三維數(shù)據(jù)，校核的內(nèi)容包括零部件之間的干涉檢查，各種機(jī)構(gòu)件的DMU、人機(jī)校核和雨刮的面積校核等。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)!K?5i(|6中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)8vLzR2SR xa CATIA的DMU功能非常強(qiáng)大，它的主要價(jià)值體現(xiàn)在3個(gè)方面：中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng);uJC/a#l_m3j;)中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)&fIj6qA9e%S t （1）提供各種檔次的可視化功能，用不同方式對(duì)電子樣車(chē)的任何部位進(jìn)行審視，評(píng)估，低成本地實(shí)現(xiàn)形象化，擴(kuò)展了樣機(jī)應(yīng)用的范圍，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜區(qū)域的可視化。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)Ch!?gA5l中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng).B$ox'VZ Z5_ （2）提供各類(lèi)對(duì)車(chē)型或部件間進(jìn)行功能性分析的手段，包括機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)

13、、干涉分析、拆裝分析、空間分析和管理等。低成本地進(jìn)行產(chǎn)品功能性研討，在設(shè)計(jì)早期階段就發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段及時(shí)大量地進(jìn)行各種分析，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。DO;zH#anP0 &A'B)Q/ |:A6e0（3）應(yīng)用關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，按照自頂向下的設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)裝配之間、零部件之間和多個(gè)幾何體之間的多層次的端到端的各類(lèi)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字樣機(jī)的快速更改，降低成本，快速地進(jìn)行多方案的評(píng)估與研討，實(shí)現(xiàn)基于總體參數(shù)的各級(jí)總成之間及內(nèi)部零部件的更改，提高設(shè)計(jì)效率。jM;X%AT+W0 G"a(q*D4y1B0在人機(jī)校核方面，CATIA提供了人體建模模塊、人體姿態(tài)分析、人體尺寸編輯和人體動(dòng)作分析等來(lái)

14、完成不同的功能，人體建模模塊可以在三維環(huán)境中創(chuàng)建和操作精確的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化人體模型，包括人種、性別、身高百分比定義和人體操作等，可以生成動(dòng)畫(huà)及創(chuàng)建高級(jí)視覺(jué)仿真等。人體姿態(tài)分析可以定性和定量地分析人體姿態(tài)的各個(gè)方面，可以對(duì)人的整個(gè)身體及局部姿態(tài)進(jìn)行檢查、評(píng)分以及與已公布的舒適性進(jìn)行比較，從而對(duì)人機(jī)交互環(huán)境中的操作者的舒適度和功效進(jìn)行評(píng)定等。人體尺寸編輯可以制作一些特殊人群人體模型等功能。0T'W | v,N3Fb0 "l1D.+a Q)F0在人機(jī)功能模塊中可以對(duì)視野，手伸及面、頭部包絡(luò)線等技術(shù)驗(yàn)證參數(shù)，以使我們的設(shè)計(jì)符合實(shí)際設(shè)計(jì)要求。人機(jī)工程分析見(jiàn)圖9。Oe4P tOd2w0 中國(guó)

15、汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng):H;t'N I8B)kp-D.HI 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)!f1H+j5 Z0K-tu.Y?7N6Z:Hk0圖9 人機(jī)工程分析3工裝開(kāi)發(fā)階段中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng);fB,Y6nm _g)ASM0g中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)6t F,_wbp1I1dh （1）沖壓模具c#u(c1F 70 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)V-Q#U q&T07j1VwX CATIA在沖壓模具中使用非常廣泛，利用CATIA的知識(shí)工程可以方便地建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)過(guò)程中就可以直接調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，而不是重新建模，使設(shè)計(jì)變得十分簡(jiǎn)單，大大提升效率。m Tve3 k0 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng)L7J4W k*p"dH" （2

16、）夾具9d w'c3tjJx1l0 中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng),f1D5s6C e.MM CATIA在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用PKT模板技術(shù)，將單個(gè)夾具建成模板，在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，不再是單純地調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件，而是將整個(gè)夾具作為模板直接使用，只要確定一個(gè)夾緊點(diǎn)一個(gè)桌面就可以直接生成一個(gè)夾具，而且可自動(dòng)生成工程圖，嵌入DMU機(jī)構(gòu)仿真，設(shè)計(jì)全參數(shù)化，帶關(guān)聯(lián)，在產(chǎn)品發(fā)生變更的時(shí)候，夾具會(huì)自動(dòng)更新。CATIA的夾具模板設(shè)計(jì)方式使我們的設(shè)計(jì)變得輕松簡(jiǎn)單，將設(shè)計(jì)人員從建模過(guò)程中解放出來(lái)，將精力更多地放在設(shè)計(jì)本身，使我們的夾具設(shè)計(jì)更加優(yōu)化，提升我們的設(shè)計(jì)效率。中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng).WL'pj-mm.z EC3ns!y N0結(jié)語(yǔ)中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)網(wǎng))uqe$j7J9h&