基于CATIA的計算機輔助設計在家具設計中的應用

■王 琛李 泉王 碩郁舒蘭陳業曼Wang Chen& Li Quan& W ang Shuo& Y u Shu lan& Chen Yem an（.南京林業大學家具與工業設計學院，江蘇南京 0037；.南京林業大學汽車與交通工程學院，江蘇南京 0037）

基于CATIA的計算機輔助設計在家具設計中的應用

■王 琛1李 泉2王 碩1郁舒蘭1陳業曼1Wang Chen1& Li Quan2& W ang Shuo1& Y u Shu lan1& Chen Yem an1
（1.南京林業大學家具與工業設計學院，江蘇南京 210037；2.南京林業大學汽車與交通工程學院，江蘇南京 210037）

計算機輔助設計是家具設計發展的必然趨勢。在CATIA軟件的基礎上，以梳妝柜為例完成了家具的三維建模與裝配設計流程。使用零件設計模塊完成三維模型建立，通過裝配設計模塊實現各零部件的裝配并生成爆炸圖，最后由電子樣機模塊實現對產品的真實化模擬?；贑ATIA的計算機輔助設計的應用，對提高家具產品設計的質量和效率有重要意義。

計算機輔助設計；家具；CATIA

隨著信息技術的發展，計算機輔助設計在各個領域得到了廣泛的應用，從根本上改變了傳統的設計、生產、組織模式，推動了企業的進步。CATIA作為功能強大的計算機輔助設計軟件，已經廣泛應用于機械設計與制造領域［1］。本文以梳妝柜為例，在CATIA中對其各零部件進行三維建模、裝配設計、裝配爆炸與裝配動畫等操作，實現了CATIA軟件在家具設計中的應用，為家具開發提供一條新思路。

1　計算機輔助設計技術

計算機輔助設計是指在設計流程中，利用計算機作為工具，幫助設計和工程人員在計算機上模擬產品的設計、裝配、仿真等一系列過程。在新產品的開發中，通過計算機輔助設計的應用，可以使產品的品質更加優化，提高生產效率。

CATIA是一款全面的計算機輔助設計軟件。它的三維建模都是基于草圖的參數化建模，造型手段包含布爾操作和參數化造型。CATIA的外形設計功能更加靈活，相對于其它三維軟件，它的曲面造型功能更為強大。此外，CATIA在機械加工和機械仿真領域提供了業內最完善的解決方案。CATIA無與倫比的2D和3D設計功能，深受設計人員的喜愛。它的實用性在于提高了企業設計生產過程中的效率。同時，CATIA具有無與倫比的性能和價值，是技術創新領域內的先驅，擁有廣泛的用戶群［2］。

隨著計算機技術的快速發展，業界已運用各種三維軟件對家具進行計算機輔助設計。CATIA不光具有功能齊全、應用廣泛的優點，而且解決方案覆蓋所有產品設計與制造領域，符合所有工業領域的大、中、小企業。因此，將CATIA軟件用于家具設計中是一條新的思路。

2　CAT I A在家具設計中的應用實例

2.1三維建模

創建三維模型是CATIA進行計算機輔助設計的主要任務之一。復雜的產品設計是以簡單的零件建模為基礎，而零件建模的基本組成單元是三維實體特征。三維實體特征是創建工程圖、裝配設計、電子樣機以及虛擬仿真等后續工作的基礎。三維模型建立的方法有兩種，一種是以立方體、圓柱體、錐體等基本體素，通過交、并、差等布爾運算，生成復雜的模型；另一種是以草圖為基礎，建立基本特征，以修飾特征的方式創建模型。兩者都能生成真實而唯一的三維實體，CATIA側重的是第二種建模方法。一般過程如下：①定義一個用于定位的三維坐標系或者三個垂直的空間平面；②選擇其中一個面作為二維平面幾何圖形的繪制平面；③在二維平面上繪制所需的截面、軌跡線等二維草圖；④由二維草圖形成三維實體；⑤增加修飾特征，完成三維模型。本梳妝柜的三維建模采用的是第二種建模方法，以面板三維建模為例，將圖1所示的面板工程圖紙轉化為二維平面的草圖，退出草圖模式，通過凸臺、凹槽、布爾運算等操作將二維草圖變成三維實體，最后增加特征修飾，完成如圖2所示的三維模型。用同樣的方法可以完成其余零件三維模型的建立。

2.2裝配設計

一個產品往往由多個零件組合而成，裝配設計模塊用來建立零件間的約束關系及相對位置關系。按照裝配流程，裝配設計可以分為裝配準備、裝配約束、裝配上下文設計、裝配分析等步驟。其作用是表達產品或零部件的結構形狀、裝配關系、技術要求和工作原理等，是進行產品設計、裝配、檢測和維護的重要階段［3］。裝配設計有兩種基本方式：自底向上的裝配方式和自頂向下的裝配方式［4］。自底向上的裝配方式是CATIA中最常用的裝配方式，兩種方法也可以混合使用。定義裝配約束可以指定零件相對于裝配體中其它部件的放置方式和位置。裝配約束的類型包括相合、接觸、固定、偏移等等。本梳妝柜的裝配設計采用的是自底向上的裝配方式，梳妝柜主要由門板、背板、側板、橫檔、抽屜、路軌墊條、飾板、飾線、腳座等零件組成，通過相合、接觸等裝配約束實現了零件和零件間的裝配。裝配后的梳妝柜如圖3所示。此外，裝配過程中還要對裝配順序和裝配路徑進行規劃，綜合考慮效率、效益等因素，避免干涉碰撞，實現裝配過程的最優化。

2.3裝配爆炸與裝配動畫

裝配爆炸是在裝配設計下把組成裝配的零件沿指定的方向爆炸開，即離開零件實際的裝配位置，可以方便用戶查看裝配中的零件及其相互之間的裝配關系，以及所包含的零件數［5］。裝配爆炸圖與顯示部件是相互關聯的，在任意視圖中對顯示爆炸圖形進行編輯操作，會對非爆炸圖形中的部件產生影響［6］。實現裝配爆炸的方式有兩種：一種是在Move工具欄中選擇爆炸工具按鈕，通過羅盤移動零件，實現爆炸圖生成；另一種是在電子樣機模塊中，進入DMU瀏覽器工作臺，通過DMU移動實現組件的平移、旋轉等運動，實現裝配爆炸。本梳妝柜采用第二種方法，即在DMU瀏覽器中通過DMU移動工具將梳妝柜的各個零件按一定規則拆開，最終裝配爆炸如圖4所示。

裝配動畫由CATIA電子樣機模塊完成。電子樣機模塊是對產品進行真實化的計算機模擬，提供用于加工制造、工程設計、產品裝配的模擬環境。創建裝配動畫需要經過三個步驟：首先創建模擬動畫，模擬動畫是將圖形區模型的移動步驟記錄下來；其次創建跟蹤動畫，跟蹤動畫是將圖形區的模型移動步驟保存成軌跡的形式，它是創建裝配動畫的基礎；最后編輯動畫序列，編輯動畫序列是將已經創建的追蹤軌跡進行必要的排列，以便生成所需要的動畫效果。本梳妝柜在裝配爆炸圖制作中已經實現了零件模型的移動，記錄下模型移動的軌跡，完成記錄后，所有的軌跡被匯總到編輯序列工具欄中（如圖5所示），對工具欄欄中的所有序列進行編輯，便可輸出裝配動畫。

■圖1　面板工程圖

■圖2　面板三維模型

■圖3　梳妝柜裝配模型

■圖4　梳妝柜裝配爆炸圖

■圖5　編輯序列工具欄

3　結語

CATIA作為一款功能強大的工程軟件，已經被廣泛應用于產品設計與制造過程中。本文使用CATIA軟件，以梳妝柜為例進行計算機輔助設計。表明了CATIA軟件在家具設計中應用的可行性。CATIA軟件在家具設計領域的應用，對提高產品質量，降低生產成本，優化生產過程，縮短生產周期都具有重要的意義和價值。

（責任編輯：賀 輝）

［1］張崢，蔡葳葳.基于CATIA虛擬裝配的研究［J］.科技資訊，2010，（11）：31.

［2］盧曙光，黃波，蔣笑笑.CATIA在活塞設計中的應用［J］.裝備制造技術，2015（1）：194-196.

［3］夏平均，陳朋，郎躍東等.虛擬裝配技術的研究綜述［J］.系統仿真學報，2009（4）：2267-22691.

［4］董蓀，錢昀.虛擬裝配技術在家具中的應用研究［J］.裝飾，2012（10）：121-122.

［5］王峻峰，李世其，劉繼紅等.計算機輔助裝配規劃研究綜述［J］.工程圖學學報，2005（2）：2-7.

［6］丁少卿，朱劍剛.基于EON Studio的家具虛擬裝配技術［J］.家具，2014，（1）：20-24.

CATIA-Based Computer-Aided Design Applying in The Design of Furniture

Computer-aided design is an inevitable trend in the development of furniture design. On the basis of CATIA software， Taking the drawer as example， completing 3D modeling and assembly design process.Using part design module completng three-dimensional modele，realizing the assembly of the various components and generating an exploded view through assembly design module， and finally realizing authenticity simulation for product through electronic prototype module. The application of CATIA-based computer-aided design is very important to improving the quality and efficiency of furniture design.

Computer-aided Design； Furniture； CATIA

TS664.01

A

1006-8260（2015）07-0014-02

引文格式：王 琛，李 泉，王 碩，郁舒蘭，陳業曼.基于CATIA的計算機輔助設計在家具設計中的應用［J］.家具與室內裝飾，2015，（07）：14-15.