CATIA全稱Computer Aided 3-D Interface Application，自20世紀80年代由法國Dassault System公司開發成功，便迅速壯大發展，目前已廣泛應用于航空航天業，汽車制造工業，造船工業，廠房設計業，加工裝配等各大行業。尤其在汽車制造工業領域，CATIA已成為歐洲汽車工業乃至北美、亞洲汽車工業事實意義上的行業標準，其客戶涵蓋了歐洲著名的汽車一線品牌，如寶馬、奔馳、克萊斯勒等。CATIA在汽車風格造型，車身設計以及發動起引擎開發等方面提供了E2E（端對端）解決方案，可有效降低汽車研發設計復雜度和工作量，提高產品設計的標準化程度，加速汽車新車型新產品的上市進程，為新產品贏得更多地市場先機。
1 龐大的零件標準庫及二次開發功能，加快汽車設計研發進度
作為傳統制造工業的典范產品，汽車具有龐大的零部件系統，而這些零部件系統在長達一個半世紀的演化過程中已經高度標準化，而且汽車標準件在汽車全部零件數量中的比重也在不斷地提高。CATIA V5系統提供了強大的標準化部件的應用功能-CatalogBrowser，該部件標準庫可以大量降低研發設計人員的勞動強度，實現設計的預判性和前瞻性，加快汽車設計研發進度。更為重要的是，CATTA V5的CatalogBrowser具有極強地二次拓展性，眾多汽車制造公司基于各自車型體系以及區域化的標準差異，基于CATIA V5提供的平臺基礎上進行二次開發設計，研發出更具針對性的自用標準件數據庫。
自用標準件數據庫事實上通過兩個層級同時實現（圖1）：一是創建標準件類型，確立標準件的父類(Parent Class)，以及標準件的屬性信息。通過建立標準件的類型索引，可以方便具體設計人員檢索或者調用標準件。二是在系統中創建標準件，建立標準件的三維數據模型以及參數化信息，并創建標準件類別(Catalog)。
圖1 CATIA V5標準件數據庫開發創建流程圖
2 智能化的人機工程功能，解決人體舒適性和安全性問題
人機工程學是一門運用各種交叉學科，去研究機械運轉過程中，人、機械及工作環境互相影響的交叉學科。現代汽車的研發設計過程中，尤其強調汽車工作期間，駕駛人員以及乘客所獲得舒適感受以及行車安全等因素，也就是說在汽車研發設計階段，就需要很好地解決“人機環境”之間的相互作用問題。CATIA V5率先提出了人機設計與分析的解決方案，并被集成為四大模塊：人體模型構造器HBR，人體模型測量編輯HMF，人體姿態分析HPA以及人體行為分析HPA。
在汽車的人機工程中，人（包括駕駛員和乘客）和汽車是相互作用的主體。因此我們需要在充分了解人的身體和生理等各方面的參數后，根據汽車不同的工作形態，對汽車各方面功能進行人性化設計，使我們汽車產品能夠最大程度上地滿足駕駛人員和乘客的舒適性和安全性訴求。而在CATIA軟件中，嵌入了大量基于人體測量學的數據源和理論系統，并通過這些人體測量學數據建立起參數化人（虛擬人模型），（圖2）虛擬人模型擁有仿真的人體結構以及人體動力學和運動學特征。同時研發設計人員可以根據不同的設計目標在CATIA V5軟件中植入人機特征評價模型，如人體舒適性，人體安全性或者人體可視性及可及性等評價體系。在此基礎中，研發人員可以在特定的工作場景中進行各種各樣的人機動態或者靜態的仿真模擬。如果反饋結果是積極的且符合設計目標的，設計人員可以進行下一步的實施設計。如果反饋結果是負面的不符合設計要求的，設計人員可以及時的對設計參數進行修正，以達到不斷優化設計的目的。
圖2 CATIA V5人機分析流程簡圖
3 強大的知識工程，優化車身總布置設計
汽車車身總布置指研究汽車車身的部件布置以及其設計，是整車設計得的重要組成部分。傳統車身總布置主要依靠設計團隊的經驗和手工繪制圖紙。由于車身多為三維曲面結構，傳統車身總布置設計存在精度不高，工作量巨大等現實問題。
CATIA V5作為全參數化的CAD軟件，擁有一系列智能化的知識工程軟件模塊，如知識工程顧問，產品知識模塊，產品工程優化等模塊，在CATIV V5中，所有的College(知識)以參數，公式，規則，設計表等形式存在。運用CATIA V5強大的知識工程，可以構建全參數化的汽車模型以及人機互動模型，并通過知識工程模塊實現車身總布置的不斷優化。那么如何通過CATIV V5知識工程實現車身總布置的優化設計呢？首先，要率先建立車身坐標系，將虛擬車置于三維立體結構中，建立車身的X，Y，Z三維坐標體系。這樣虛擬車身的任何一個結構點或者部位點都有一個且唯一一個三維坐標點與之呼應，通過三維坐標點也可以唯一確定車身某部位點位置。其次，要建立主要的參考平面，通過選定整車外形尺寸的控制要素（尺寸）并確立基準參數。最后是最為關鍵的是建立車身結構模型，通過運用知識工程模塊中的參數以及上面提及的整車控制尺寸，生成整車車身總布置的控制參數，并將車身拆解成前部，中部，車尾分別建立相應的結構模型。為了實現車身及其總布置的精準設計，知識工程還具有Check（檢查）功能，實現實時檢驗。如某參數在進行設定或修改活動時，若造成目標設計偏差（如整車尺寸），系統會自動報警。通過這種檢查預警機制，可以將設計誤差或者錯誤控制在設計前端。
隨著汽車工業的不斷發展和進步，基于三維設計、分析計算、動態模擬與仿真的CAD/CAM/CAE一體化軟件功能的CATIA在汽車設計研發領域的應用不斷深入。其全參數化的理念，以及強大的拓展和二次開發功能為廣大的汽車研發設計者帶來福音，通過高度標準化的零部件，智能化的人機仿真模擬以及強大的知識工程，可大幅降低汽車研發設計的繁雜度，降低研發成本，縮短研發周期，加快汽車新產品的上市進程。
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本文標題：CATIA軟件在汽車研發設計領域的應用
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