CATIA軟件在輪胎三維設計中的應用研究

陳昊 趙玲娜

摘要：CATIA軟件是一種先進的造型軟件，目前在航空航天、汽車工業、造船工業等行業領域有廣泛的應用，并且體現出顯著優勢。基于此，本文就CATIA軟件在輪胎三維設計中的應用進行研究，首先從CATIA軟件核心技術和功能模塊兩個角度，對CATIA軟件在輪胎三維設計中的必要性進行分析，然后從草圖設計、曲面設計、造型設計、三維制圖四個角度分析應用流程，最后闡述其應用效果。

關鍵詞：CATIA軟件；輪胎三維設計；應用分析

引言：

CATIA軟件最大的優勢在于曲面造型和三維實體的建模功能，因此在輪胎三維設計中得到充分應用。CATIA軟件不僅能夠提高輪胎三維設計的效率和質量，還能夠通過參數設計，為技術人員提供修改平臺，從而為輪胎三維設計帶來極大便利。當前CATIA軟件已經在輪胎三維設計中具有廣泛的應用，并在草圖設計、造型建模等方面發揮顯著優勢，有效增強企業的市場競爭水平。

一、輪胎三維設計中應用CATIA軟件的必要性分析

（一）CATIA軟件核心技術

CATIA軟件的核心技術主要體現在以下幾個方面：其一，CATIA軟件的混合性建模技術。利用該軟件進行建模設計時，設計者不需要對設計目標進行參數化設計，因為軟件本身就具有參數化能力。技術人員在應用這一軟件進行設計時，工作經驗會以數據參數的形式儲存在軟件的知識庫中，從而對后續的工作給予科學指導，在智能化的樹形結構中，技術人員可以隨時修改產品設計，從而使建模的成本得到有效控制；其二，CATIA軟件具有系統性功能。在各個模塊相互協同作用的情況下，數據平臺會實現統一控制，使各項操作程序有序進行；其三，CATIA軟件能實現并行工程設計。在混合建模的基礎上，系統設計人員可以在協同工作的情況下實現獨立設計，既保證整體設計的系統完整，又能夠有效提升設計的效率。

（二）CATIA軟件功能模塊

CATIA軟件的功能模塊主要分為以下幾種，分別是Generative Shape Design（創成式造型）、Free Style Surface（自由風格造型）、Automotive Class A（汽車A級曲面）、Free Style Sketch Tracer（自由風格草圖繪制）和Digitized Shape Editor（數字曲面編輯器）等。就創成式造型來看，主要負責曲面造型中的各項旋轉、拉伸、邊界填補、掃描、裁剪、拼接等完全參數化操作；就自由風格造型來看，不僅能夠實現創成式造型中的操作功能，還能夠實現倒角、橋接、光順等操作；就汽車A級曲面來看，主要對曲線曲面造型進行編輯，實現倒角、光順等曲面操作；就自由風格草圖繪制來看，主要在三視圖的基礎上繪制外形曲線；就數字曲面編輯器來看，主要在云數據的基礎上實現采樣編輯和外形裁剪[1]。

二、CATIA軟件在輪胎三維設計中的應用流程

（一）草圖設計

本文主要對規格為195/65 R15的輪胎進行三維設計。CATIA軟件中的草圖設計功能是該軟件的基礎功能，這一功能與二維設計軟件具有相似性，都是利用軟件架構出產品的基本結構，但是CATIA軟件能夠在軟件生成二維輪廓的基礎上，對結構進行實體性轉換，從而使產品造型更加直觀。就實際應用來看，CATIA軟件的應用領域更加廣泛，能夠應對各種復雜的平面設計，并且利用約束功能對各項數據進行后參數化處理，使技術人員能夠根據現實情況隨時更改草圖方案，從而實現更加合理的輪廓設計和斷面設計。例如某技術人員在實際應用中，先利用草圖設計功能對產品的三維輪廓進行繪制，然后根據實際情況修正參數，最后得到準確的斷面輪廓草圖。

（二）曲面設計

CATIA軟件的最大特點在于曲面造型設計功能，不僅能夠實現各種曲面操作，而且還能夠在旋轉曲面上直接繪制圖案。在繪制過程中，技術人員可以實時操控花紋的高寬和角度，還能夠對斷面輪廓曲線進行修改，在修改時主要應用的是CATIA軟件的參數化約束功能，例如在實際操作時，CATIA軟件的左側屏幕上會顯示出產品的特征樹，技術人員只需要針對需要修改的部分尋找相對應的特征，就可以實現自動修改，這種修正可以實時進行，不會影響到產品的整體設計流程。

（三）造型設計

利用CATIA軟件對輪胎進行三維造型設計時，主要對模塊設計（Part Design）這一功能進行有效利用。由于CATIA軟件中生成的三維輪胎造型封閉式的曲面造型，因此還需要進行實體造型，在原本的造型基礎上填充復雜曲面，最后利用模塊設計功能實現輪胎側方的字體制作。實踐發現，利用CATIA軟件做出的實體造型充分符合軟件設計中的二維曲面。除了實現字體制造，模塊設計功能還能夠進行視效制作和模具制造[2]。

（四）三維制圖

在CATIA軟件上進行三維制圖時，一般需要將二維制圖作為操作參考，這一流程主要應用的是CATIA軟件中的制圖模塊（Drafting）。在實際操作中，用戶對于輪胎坡面會有不同角度的要求，因此需要在多角度剖析的情況下獲取二維平面圖，從而保證后續修改工作更加便捷。

三、CATIA軟件在輪胎三維設計中的應用效果分析

就CATIA軟件在輪胎三維設計中的應用效果來看，主要體現出以下幾方面內容：

其一，CATIA軟件能夠有效提升輪胎三維設計的工作效率，使產品的開發時間大大縮短，從而減少制造企業的成本投入，擴大經濟效益空間。在CATIA軟件得到開發的應用之前，輪胎的制造設計必須通過模具加工的形式完成，模具的設計和加工本身就要花費大量時間，一旦在試驗操作中發現問題，就必須對模具進行重新設計加工，這種方式會導致輪胎設計開發的周期無限延長，從而影響企業的效益。在CATIA軟件的支持下，輪胎三維設計不需要進行產品試制，可以直接在設計的過程中對各項參數進行修正，最后直接得到實體造型，對外觀和內部進行效果評審，從而使產品的設計開發效率得到顯著提升。

其二，CATIA軟件能夠使設計者的得到更加直觀的展示。作為一種曲面造型的封閉式旋轉體，輪胎在設計中不能存在誤差，否則就會導致輪胎設計存在問題，而三維設計能夠有效避免這一情況發生，從而保障輪胎的設計質量。

其三，CATIA軟件能夠有效增強制造企業的自主研發能力。在CATIA軟件的支持下，產品研發設計的成本大大下降，因此設計人員可以在軟件中創新思維，對設計效果進行實時調試，從而實現有效研發。

其四，CATIA軟件能夠增強制造行業的市場競爭力。在研發水平不斷提升的基礎上，制造企業能夠根據廠商的要求進行設計，從而使產品更加符合市場需求，進而提升企業輪胎產品在市場上的競爭實力，而設計平臺的創新升級同樣也能增強企業自信心，從而優化國際市場上的企業形象[3]。

綜上所述，針對CATIA軟件在輪胎三維設計中應用的探究是非常必要的。當前CATIA軟件已經在三維輪胎設計中具有比較成熟的應用，不僅增強汽車工業的生產制造實力，而且有效提升企業形象和市場競爭力。從實踐應用中可知，CATIA軟件不僅操作便利，而且能夠有效實現造型開發，因此值得在汽車行業進行推廣應用。希望本文能夠為研究CATIA軟件在輪胎三維設計中應用的相關人員提供參考。

參考文獻：

[1]蔣麗.CATIA軟件二次開發基礎技術[J].汽車工程師，2016（04）：38-41.

[2]陳小亮，姜楠楠.CATIA軟件在汽車總布置設計中的應用[J].河南機電高等專科學校學報，2016，24（01）：4-7.

[3]胡燕萍.CATIA軟件在輪胎三維設計中的應用[J].科技展望，2015，25（18）：11.