CATIA軟件在輪胎三維設(shè)計中的應(yīng)用研究

陳昊 趙玲娜

摘要：CATIA軟件是一種先進(jìn)的造型軟件，目前在航空航天、汽車工業(yè)、造船工業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，并且體現(xiàn)出顯著優(yōu)勢?；诖?，本文就CATIA軟件在輪胎三維設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行研究，首先從CATIA軟件核心技術(shù)和功能模塊兩個角度，對CATIA軟件在輪胎三維設(shè)計中的必要性進(jìn)行分析，然后從草圖設(shè)計、曲面設(shè)計、造型設(shè)計、三維制圖四個角度分析應(yīng)用流程，最后闡述其應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：CATIA軟件；輪胎三維設(shè)計；應(yīng)用分析

引言：

CATIA軟件最大的優(yōu)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(shè)計中得到充分應(yīng)用。CATIA軟件不僅能夠提高輪胎三維設(shè)計的效率和質(zhì)量，還能夠通過參數(shù)設(shè)計，為技術(shù)人員提供修改平臺，從而為輪胎三維設(shè)計帶來極大便利。當(dāng)前CATIA軟件已經(jīng)在輪胎三維設(shè)計中具有廣泛的應(yīng)用，并在草圖設(shè)計、造型建模等方面發(fā)揮顯著優(yōu)勢，有效增強(qiáng)企業(yè)的市場競爭水平。

一、輪胎三維設(shè)計中應(yīng)用CATIA軟件的必要性分析

（一）CATIA軟件核心技術(shù)

CATIA軟件的核心技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：其一，CATIA軟件的混合性建模技術(shù)。利用該軟件進(jìn)行建模設(shè)計時，設(shè)計者不需要對設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，因為軟件本身就具有參數(shù)化能力。技術(shù)人員在應(yīng)用這一軟件進(jìn)行設(shè)計時，工作經(jīng)驗會以數(shù)據(jù)參數(shù)的形式儲存在軟件的知識庫中，從而對后續(xù)的工作給予科學(xué)指導(dǎo)，在智能化的樹形結(jié)構(gòu)中，技術(shù)人員可以隨時修改產(chǎn)品設(shè)計，從而使建模的成本得到有效控制；其二，CATIA軟件具有系統(tǒng)性功能。在各個模塊相互協(xié)同作用的情況下，數(shù)據(jù)平臺會實現(xiàn)統(tǒng)一控制，使各項操作程序有序進(jìn)行；其三，CATIA軟件能實現(xiàn)并行工程設(shè)計。在混合建模的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)設(shè)計人員可以在協(xié)同工作的情況下實現(xiàn)獨(dú)立設(shè)計，既保證整體設(shè)計的系統(tǒng)完整，又能夠有效提升設(shè)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(chuàng)成式造型）、Free Style Surface（自由風(fēng)格造型）、Automotive Class A（汽車A級曲面）、Free Style Sketch Tracer（自由風(fēng)格草圖繪制）和Digitized Shape Editor（數(shù)字曲面編輯器）等。就創(chuàng)成式造型來看，主要負(fù)責(zé)曲面造型中的各項旋轉(zhuǎn)、拉伸、邊界填補(bǔ)、掃描、裁剪、拼接等完全參數(shù)化操作；就自由風(fēng)格造型來看，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)成式造型中的操作功能，還能夠?qū)崿F(xiàn)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(jìn)行編輯，實現(xiàn)倒角、光順等曲面操作；就自由風(fēng)格草圖繪制來看，主要在三視圖的基礎(chǔ)上繪制外形曲線；就數(shù)字曲面編輯器來看，主要在云數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)采樣編輯和外形裁剪[1]。

二、CATIA軟件在輪胎三維設(shè)計中的應(yīng)用流程

（一）草圖設(shè)計

本文主要對規(guī)格為195/65 R15的輪胎進(jìn)行三維設(shè)計。CATIA軟件中的草圖設(shè)計功能是該軟件的基礎(chǔ)功能，這一功能與二維設(shè)計軟件具有相似性，都是利用軟件架構(gòu)出產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)，但是CATIA軟件能夠在軟件生成二維輪廓的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行實體性轉(zhuǎn)換，從而使產(chǎn)品造型更加直觀。就實際應(yīng)用來看，CATIA軟件的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，能夠應(yīng)對各種復(fù)雜的平面設(shè)計，并且利用約束功能對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行后參數(shù)化處理，使技術(shù)人員能夠根據(jù)現(xiàn)實情況隨時更改草圖方案，從而實現(xiàn)更加合理的輪廓設(shè)計和斷面設(shè)計。例如某技術(shù)人員在實際應(yīng)用中，先利用草圖設(shè)計功能對產(chǎn)品的三維輪廓進(jìn)行繪制，然后根據(jù)實際情況修正參數(shù)，最后得到準(zhǔn)確的斷面輪廓草圖。

（二）曲面設(shè)計

CATIA軟件的最大特點(diǎn)在于曲面造型設(shè)計功能，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)各種曲面操作，而且還能夠在旋轉(zhuǎn)曲面上直接繪制圖案。在繪制過程中，技術(shù)人員可以實時操控花紋的高寬和角度，還能夠?qū)嗝孑喞€進(jìn)行修改，在修改時主要應(yīng)用的是CATIA軟件的參數(shù)化約束功能，例如在實際操作時，CATIA軟件的左側(cè)屏幕上會顯示出產(chǎn)品的特征樹，技術(shù)人員只需要針對需要修改的部分尋找相對應(yīng)的特征，就可以實現(xiàn)自動修改，這種修正可以實時進(jìn)行，不會影響到產(chǎn)品的整體設(shè)計流程。

（三）造型設(shè)計

利用CATIA軟件對輪胎進(jìn)行三維造型設(shè)計時，主要對模塊設(shè)計（Part Design）這一功能進(jìn)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(jìn)行實體造型，在原本的造型基礎(chǔ)上填充復(fù)雜曲面，最后利用模塊設(shè)計功能實現(xiàn)輪胎側(cè)方的字體制作。實踐發(fā)現(xiàn)，利用CATIA軟件做出的實體造型充分符合軟件設(shè)計中的二維曲面。除了實現(xiàn)字體制造，模塊設(shè)計功能還能夠進(jìn)行視效制作和模具制造[2]。

（四）三維制圖

在CATIA軟件上進(jìn)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(yīng)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(xù)修改工作更加便捷。

三、CATIA軟件在輪胎三維設(shè)計中的應(yīng)用效果分析

就CATIA軟件在輪胎三維設(shè)計中的應(yīng)用效果來看，主要體現(xiàn)出以下幾方面內(nèi)容：

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

其二，CATIA軟件能夠使設(shè)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(zhuǎn)體，輪胎在設(shè)計中不能存在誤差，否則就會導(dǎo)致輪胎設(shè)計存在問題，而三維設(shè)計能夠有效避免這一情況發(fā)生，從而保障輪胎的設(shè)計質(zhì)量。

其三，CATIA軟件能夠有效增強(qiáng)制造企業(yè)的自主研發(fā)能力。在CATIA軟件的支持下，產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的成本大大下降，因此設(shè)計人員可以在軟件中創(chuàng)新思維，對設(shè)計效果進(jìn)行實時調(diào)試，從而實現(xiàn)有效研發(fā)。

其四，CATIA軟件能夠增強(qiáng)制造行業(yè)的市場競爭力。在研發(fā)水平不斷提升的基礎(chǔ)上，制造企業(yè)能夠根據(jù)廠商的要求進(jìn)行設(shè)計，從而使產(chǎn)品更加符合市場需求，進(jìn)而提升企業(yè)輪胎產(chǎn)品在市場上的競爭實力，而設(shè)計平臺的創(chuàng)新升級同樣也能增強(qiáng)企業(yè)自信心，從而優(yōu)化國際市場上的企業(yè)形象[3]。

綜上所述，針對CATIA軟件在輪胎三維設(shè)計中應(yīng)用的探究是非常必要的。當(dāng)前CATIA軟件已經(jīng)在三維輪胎設(shè)計中具有比較成熟的應(yīng)用，不僅增強(qiáng)汽車工業(yè)的生產(chǎn)制造實力，而且有效提升企業(yè)形象和市場競爭力。從實踐應(yīng)用中可知，CATIA軟件不僅操作便利，而且能夠有效實現(xiàn)造型開發(fā)，因此值得在汽車行業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用。希望本文能夠為研究CATIA軟件在輪胎三維設(shè)計中應(yīng)用的相關(guān)人員提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣麗.CATIA軟件二次開發(fā)基礎(chǔ)技術(shù)[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(shè)計中的應(yīng)用[J].河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2016，24（01）：4-7.

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