論CATIA在產品設計中的運用

朱丹清 閆棟

摘 ?要： 科學技術飛速發展的今天，計算機輔助設計在工業制造領域產品設計方面中發揮著巨大作用，CATIA作為計算機輔助產品設計的旗艦解決方案其廣泛運用，大大提升了工業制造的速度和精度。本文首先闡述CATIA概念及特點、主要功能模塊、應用范圍再結合具體產品造型設計實例展示CATIA的產品設計流程。

關鍵詞： CATIA;產品設計;計算機輔助設計

中圖分類號： TP391.7 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.04.037

本文著錄格式：朱丹清，閆棟. 論CATIA在產品設計中的運用[J]. 軟件，2019，40（4）：175178

【Abstract】： With the rapid development of science and technology， computer-aided design （CATIA） plays an important role in product design in the field of industrial manufacturing. As the flagship solution of computer-aided product design， CATIA is widely used， which greatly improves the speed and accuracy of industrial manufac?turing. Firstly， this paper elaborates the characteristics， main function modules and application scope of CATIA， and then demonstrates the strength of CATIA by combining specific product modeling design examples.

【Key words】： CATIA; Product design; Computer-aided design

0 ?引言

如今，計算機在各個行業中都得到了相當廣泛的應用，特別是在工業設計領域，計算機的作用非常的重要。也因此誕生了很多計算機輔助設計產品，而CATIA則是其中的佼佼者。在文中就對CATIA在產品設計中的運用進行介紹。

1 ?CATIA簡介和特點

CATIA軟件是由Dassault Aviation公司開發的基于計算機輔助設計和分析的一體集成化軟件，作為計算機輔助產品設計的重要技術手段，CATIA被廣泛運用于世界航空航天、汽車制造、機械制造、電子電器等工業領域。作為目前世界主流設計軟件CATIA有著區別于其競爭對手的顯著特點。

1.1 ?優秀的模型混合建設技術

（1）多層面模型混合設計。CATIA設計軟件中零件實體建造和空間曲面建模，可以在不同模塊中實現相互轉化操作設計，大大減少設計步驟，為設計者提供巨大的便利。

（2）參數化和變量混合建模。設計者不必在設計中考慮繁瑣的參數設定，CATIA 建模中自帶設計參數實現初始模型，后期設計者可據實際需要進行參數修改和調整。

（3）智能工程及幾何模型混合創建。集成化 ?的CATIA軟件可記憶和儲存大量的以往設計經驗于知識庫中，作為備用數據既可以用作新產品設計的參數參照，又可以方便查找和新員工設計培訓的調用。

1.2 ?各功能模塊相關相連

基于統一數據平臺創建的各設計模塊，在設計過程中相互關聯和作用，非常方便數據和模型在不同階段的轉換和檢驗。例如，二維平面和有限元分析、模具及數控加工的程序中可以體現三維模型。

1.3 ?并行設計縮短周期

系統多模型鏈接及模型混合建設環境的實現開啟了產品設計的并行工程設計模式。總設系統只需要簡單的向各分系統傳達基礎設計參數，各分系統便可及時協同開展設計工作無需等待和申請。因模型之間的互聯特性先期設計成果可直接應用于后期設計工作。實現前期和后期設計同參互補。

1.4 ?實用性強，涵蓋面廣

CATIA覆蓋于整個產品設計過程。從最初設計概念到最終產品成型CATIA全程參與并提供精準參數作用于二維、三維設計層面，同時發揮軟件高度集成化的優勢將零件設計、有限元分析及運動仿真、裝配設計和工程制圖有機結合。為設計過程提供嚴密的全程無紙化運行環境。

2 ?CATIA的操作模塊及相關功能

CATIA設計功能十分強大，系統包含了多項實用于不同類型及不同設計階段需求的多個功能模塊。主要有以下幾種：

（1）創成式工程制圖（GDR CATIA），此功能利用三維零件模型和裝配體生成與之對應的工程圖。

（2）交互式工程制圖（IDI），交互式制圖模塊能直觀、高效的，開展產品的二維設計。

（3）曲面和線造型設計 （WSF），在產品設計初期通過草圖設計面命令繪制圖形線條或曲面元素，作為產品設計的基礎。

（4） 創成式外型設計（GSD CATIA），于產品外形設計中利用線框與多個曲面特征相結合，設計復雜的曲面外形。

（5）創成式零件結構分析（GRS CATIA），它可以為設計者提供有限元分析和預校驗。

（6）產品設計渲染（RTI CATIA），通過對設計模型賦予不同材質便于設計者對模型實際形態的觀察和質感把握，是一種寫實手法。

（7）運動結構模擬（KIN），通過自動轉換裝配約束條件或通過調用系統關節連接方式而生成關節連接，對各種規模的電子樣機結構進行定義。

（8）空間分析（SPA CATIA），運用于電子樣機的斷面分析和干涉檢查、驗證3D形態的幾何參數。

（9）知識工程顧問（KWA CATIA）實現設計全過程的隱式狀態向顯式狀態的轉化。

（10）目標管理器（COM CATIA），為產品設計達成統一工作界面環境而服務。

3 ?CATIA的主要應用表現

3.1 ?航天航空工業

源于航天航空工業的CATIA，憑其先進的設計技術可靠的設計精度高效的設計特性被航天航空工業完全認可而極力推廣使用。例如CATIA虛擬原型機的開發包括波音737/777、陣風戰斗機、Global Express公務機、以及Darkstar 無人駕駛偵察機。

3.2 ?汽車工業

CATIA憑借其出色設計表現已成為汽車工業設計領域的行業標準，世界前20名的汽車企業已有18家采用CATIA作為其核心設計軟件。CATIA軟件以其獨到的開發思維全程數字化精準設計理念為各類車型的設計制造提供終極的解決方案技術依托。

3.3 ?造船工業

CATIA以一貫的技術優勢深入運用于造船工業設計方面。為船體結構設計、船艙結構及及載重優化設計提供先進的技術支持，已被眾多船舶制造企業廣為認可。

3.4 ?加工和裝配

產品從概念設計到制造成型要經歷一個復雜且精細的過程，高效先進的設計軟件的選用可事半功倍。擅長為棱柱和工具零件作二維三維關聯、設計分析的CATIA軟件，可保證產品高速生產和組裝精密。

3.5 ?電子電器

CATIA于電子電器行業的設計運用很大成分得益于其快速、方便的操作性能和高品質的實時渲染技術。經CATIA軟件設計制造的電器產品不僅外觀新穎而且質感上層。諸如，PC、移動通訊工具、廚電設備、各種智能電子設備大部分都是CATIA設計成果。得利于快速、真實的實時渲染技術可使生產企業在產品為上市前即可參與預售宣傳展示，實現預先經濟效益。

4 ?CATIA實例設計-活塞模型

本例以繪制汽車活塞實體為說明，包含整個部件的模型建造流程及CATIA相關操作命令（草圖、拉伸實體、拉伸凹槽、旋轉槽、倒圓角）的使用。

（1）繪制步驟

1）新建一個part文件命名1.1

2）調用草圖命令，以XY平面為操作臺進入草圖設計，調用兩點圓命令以坐標原點為圓心繪制圓，約束直徑107.5 mm。

3）退出草圖窗口返回零件設計界面，調用拉 ?伸實體命令以草圖為輪廓，向上拉伸102.4 mm。如圖4。

4）再次進入草圖設計界面，以1.1.1所繪圓柱上表面為操作點，調用兩點圓命令繪制直徑為57.5的圓，圓心至橫軸距離6 mm，縱軸距離1.5 mm。如圖5。

5）調用拉伸凹槽命令對上步輪廓向下拉伸22.4 mm，再以倒圓角命令于凹槽底部邊線倒半徑為13 mm的圓角。再次進入草圖于圓柱下端面創建直徑為10 mm的圓，以拉伸凹槽命令拉伸輪廓66 mm。如圖6。

6）調用邊線圓角命令于凹槽底部邊線倒半徑14 mm，以ZY平面為設計平面調用連續輪廓命令繪制關于縱軸對此的草圖7。

7）拉伸上步草圖輪廓成實體在ZX平面建立圓心在縱軸上直徑為35 mm的圓，用拉伸凹槽命令，建成實體。并在yz面以鏡像命令建立草圖8。

8）以旋轉槽命令將1.1.6輪廓按中心軸旋轉360度生成實體，在zx平面建立封閉輪廓草圖9。

9）調用旋轉槽命令將草圖1.1.7輪廓旋轉360度建立旋轉槽，在ZX平面建立凹槽草圖并以凹槽命令生成實體，模型建成。如圖10。

通過實例可知CATIA不僅操作界面簡潔、操作命令清晰方便、交互人性、設計結構樹規律有序，而且混合設計功能強大，操作非常流暢便捷。在實用產品設計中認可度相當高。

5 ?結語

由法國達索系統公司開發的CATIA軟件是一套集成系統應用設計軟件它涵蓋產品設計各個方面，實用于平面二維、三維立體草圖創建及實體造型，不僅適宜普通機械產品零部件設計也能很好的用于復雜的空間曲面造型設計以及知識工程，有限元分析、逆向開發、運動仿真等等產品設計的全過程。CATIA在產品設計領域的廣泛使用極大的縮短了設計過程，加速了成品制造效率，降低企業開發成本促進制造工業向“高精尖”方向飛速發展。

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