前言
車身產(chǎn)品設(shè)計過程是一項復(fù)雜的活動。由于各部分零件之間有較強的配合關(guān)系，對某一零件的修改往往會影響到許多相關(guān)零件的修改；汽車造型設(shè)計的過程是一個不斷修改不斷完善的過程，第一版CAS到最后的A面會有幾次變更的過程，造型與最初的構(gòu)思也會有不一樣的地方，甚至大相徑庭，這是一種很正常的現(xiàn)象；CAE分析結(jié)果和工藝反饋也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計需要修改。傳統(tǒng)的設(shè)計過程是先利用三維軟件設(shè)計好零件，再應(yīng)用軟件的裝配功能進(jìn)行裝配，得到設(shè)計的產(chǎn)品或部件總成。這限制了設(shè)計的可更改性，需要車身結(jié)構(gòu)反復(fù)的修改，不斷的修改設(shè)計將造成零件設(shè)計的改動工作量非常巨大，不利于提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。自頂向下的參數(shù)化設(shè)計方式只需要替換造型面、總布置圖、安裝硬點等重要數(shù)據(jù)和修改相關(guān)參數(shù)，就可以自動或通過少量修改迅速的完成底層零件結(jié)構(gòu)的修改更新，甚至只需要替換數(shù)據(jù)庫內(nèi)結(jié)構(gòu)類似的數(shù)據(jù)的輸入?yún)?shù)完成零件建模，實現(xiàn)了產(chǎn)品的快速設(shè)計、快速更改和并行設(shè)計。
1、自頂向下的設(shè)計方式
自頂向下的設(shè)計過程，設(shè)計是從產(chǎn)品整體的要求出發(fā)，在設(shè)計的初期就考慮總成中零件的分塊關(guān)系和零件與零件之間的約束關(guān)系，在完成產(chǎn)品的整體概念設(shè)計之后，再實現(xiàn)單個零件的詳細(xì)設(shè)計。自項向下的設(shè)計已是公認(rèn)的符合人們思維習(xí)慣的設(shè)計方式，也是當(dāng)今CAD軟件設(shè)計發(fā)展的潮流。
汽車整體按其結(jié)構(gòu)和功能可以分解為若干個子系統(tǒng)，每一個子系統(tǒng)完成一定的功能，子系統(tǒng)和零部件之間的關(guān)系是一種樹形關(guān)系，零件是功能和結(jié)構(gòu)的最基本單元。首先由上游的設(shè)計目標(biāo)轉(zhuǎn)化為造型、總布置圖等相關(guān)設(shè)計要求，這些設(shè)計要求通過斷面轉(zhuǎn)化到車身設(shè)計中，再通過關(guān)聯(lián)傳遞到零件中，轉(zhuǎn)化為零件的設(shè)計需求，為零件設(shè)計提供自頂向下的控制。由上級總成對下級零件提出設(shè)計要求，下級零件的設(shè)計中將上級總成的要求看成是設(shè)計輸入，建立關(guān)聯(lián)驅(qū)動和參數(shù)驅(qū)動的產(chǎn)品模型，當(dāng)上級總成對下級零件的要求改變時，下級零件能夠根據(jù)新的關(guān)聯(lián)和參數(shù)自動或通過少量修改迅速的完成更新修改。
根據(jù)上面的分析，要通過CATIA的參數(shù)化技術(shù)對各個零件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，首先是為各個子系統(tǒng)建立一個斷面Part，并給斷面Part和相關(guān)零件Part建立一個Product，方便零件Part關(guān)聯(lián)斷面Part內(nèi)的Publication數(shù)據(jù)。接下來是對各零件進(jìn)行具體設(shè)計，同時還必須協(xié)調(diào)各零件之間的約束關(guān)系，這樣設(shè)計出來的零部件才能更好地實現(xiàn)自項向下更新的設(shè)計功能，才能為后續(xù)改進(jìn)設(shè)計提供保證。
從功能分解的角度看，自頂向下的設(shè)計方法是將汽車車身的設(shè)計要求，由上至下，逐層分解到零部件的性能，形成零部件的設(shè)計需求。從結(jié)構(gòu)分解的角度看，自頂向下的設(shè)計方法是一個自上而下、逐步求精的迭代過程，是一個設(shè)計約束不斷分解、傳播與滿足的過程。
現(xiàn)代的汽車車身設(shè)計要求盡可能的加快產(chǎn)品的設(shè)計進(jìn)度，往往采用并行設(shè)計的方法。采用了自頂向下的設(shè)計方法后，零部件的設(shè)計可以看成是一個模塊化的、函數(shù)化設(shè)計。由于總成中零件的概念設(shè)計、分塊等主要參數(shù)都在斷面Part中定義，而詳細(xì)設(shè)計在零件Part構(gòu)建，通過修改斷面Part中的輸入條件和參數(shù)，零件Part會自動或通過少量修改迅速的完成更新，使得零件Part詳細(xì)設(shè)計可以在概念設(shè)計完成之前開始實施，甚至可以借用數(shù)據(jù)庫中的已有數(shù)據(jù)，使產(chǎn)品設(shè)計可以并行開展。
自頂向下是一個設(shè)計思想，自頂而下、由整體到局部，一種能夠?qū)崿F(xiàn)后期細(xì)化調(diào)整以及并行開發(fā)的方法。參數(shù)的傳遞則是可以實現(xiàn)這種思想的一種手段，而CATIA的參數(shù)化設(shè)計方法實現(xiàn)了這個需求。
2、CATIA參數(shù)化設(shè)計
CATIA軟件提供了一個參數(shù)化產(chǎn)品設(shè)計的平臺，把概念設(shè)計與詳細(xì)設(shè)計的變化自始至終的貫穿到整個產(chǎn)品設(shè)計過程中，可使工程師實現(xiàn)整個設(shè)計過程遵循自項向下的設(shè)計方式。
參數(shù)化設(shè)計不同于傳統(tǒng)的設(shè)計，它儲存了設(shè)計的整個過程，能設(shè)計出一組而非單一的在形狀和功能上具有相似性的產(chǎn)品模型。
2.1 軟件的設(shè)置
2.1.1 在結(jié)構(gòu)數(shù)中顯示參數(shù)值及公式，如圖1所示。
圖1 參數(shù)值及公式
2.1.2 在結(jié)構(gòu)數(shù)中顯示約束、參數(shù)、關(guān)聯(lián)，如圖2所示。
圖2 約束、參數(shù)、關(guān)聯(lián)
2.1.3 在Product中，帶參數(shù)進(jìn)行外部引用，因參數(shù)更改較多，建議手動更新。如圖3所示。
圖3 手動更新
2.1.4 新建所需要的參數(shù)
點擊f(x)圖標(biāo)，進(jìn)入Formula對話框，新建所需要的參數(shù)，如圖4所示。
圖4 新建所需要的參數(shù)
2.2 參數(shù)化建模的零件樹的介紹
如圖5所示：
[Final_PartBody]用來存放實體結(jié)果；
[Fillets_Model]用來存放片體結(jié)果；
[Input_Data]存放和初步處理輸入數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)以Name(Date)的形式整理存放，方便后期替換修改；
[Thickness_Direction]用來存放沖壓方向數(shù)據(jù)；
[Layout]：Typical Section和Layout存放空間；
[Referance_Data]：儲存設(shè)計時參考數(shù)據(jù)的空間，只做參考不能利用Referance Data生成新的Element；
[Main_Modeling]：是建模的空間。
[Fillets]：利用完成的Final Edge Model做Fillet Operation的空間；
[H/W]：保存H/W(Weld Nut，Bolt)的空間；
[DWG]：做出2D Drawing作業(yè)需要的Section或Element并保存的空間；
[Temp]：建模過程中發(fā)生的Temporary Data空間被刪除也不能對Final Body有影響。
圖5 零件樹
2.3 實現(xiàn)參數(shù)傳遞的方法
CATIA參數(shù)化設(shè)計的建模分?jǐn)嗝鍼art和零件Part兩部分。斷面Part里主要是對造型輸入和總布置輸入進(jìn)行處理，將各分總成的造型面、造型線和總布置信息鏈接到斷面，進(jìn)行布置設(shè)計。在這里，輸入是造型和總布置圖等，輸出是斷面。零件Part里是詳細(xì)完整的結(jié)構(gòu)特征設(shè)計，比如設(shè)計車身A柱內(nèi)板結(jié)構(gòu)，這是車身設(shè)計的最底層，前面的斷面Part是輸入，輸出的是具體零件。
2.3.1 Part內(nèi)部參數(shù)的傳遞
CATIA具有完善的參數(shù)功能，在Part內(nèi)部可以對sketch中的元素進(jìn)行幾何相關(guān)性約束，如直線的長度，直線與圓弧相切等關(guān)系。這些關(guān)系表達(dá)了設(shè)計人員的設(shè)計思路，并且在此后的設(shè)計中可以對它進(jìn)行修改，對于關(guān)鍵的尺寸還可以做參數(shù)關(guān)聯(lián)（如圖6所示），關(guān)聯(lián)到繪圖過程，通過草圖控制建模過程，從而達(dá)到最直接的參數(shù)驅(qū)動建模的目的。
圖6 參數(shù)關(guān)聯(lián)
車身一般需要建立55-80個參數(shù)化的sketch斷面（如圖7、8所示），可以通過替換造型面，達(dá)到更新斷面的目的，通過修改斷面sketch中的相關(guān)參數(shù)，達(dá)到快速的調(diào)整斷面結(jié)構(gòu)的目的，避免了重復(fù)的斷面繪制。
圖7 參數(shù)化的sketch斷面1
圖8 參數(shù)化的sketch斷面2
為了修改方便，一些重要的或者需要后期調(diào)整的過程尺寸也可以通過參數(shù)關(guān)聯(lián)的形式控制。如圖9所示，料厚信息在參數(shù)中體現(xiàn)。
圖9 料厚信息在參數(shù)中體現(xiàn)
參數(shù)關(guān)聯(lián)是參數(shù)化建模的一個重要手段，它可用來定義和控制模型中的大部分尺寸，對于汽車零件系列化設(shè)計有著重要的意義。
2.3.2 Part與Part之間的參數(shù)傳遞
將一個Part內(nèi)的數(shù)據(jù)拷貝到另一個Part時候，使用Publication和Paste with link功能建立Part與Part間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，當(dāng)父Part改變時，子Part中的引用元素隨之變化，而與引用元素相關(guān)的子元素（如：偏移、延長等）也隨之變化，實現(xiàn)Part與Part之間的參數(shù)傳遞。
2.3.3 Replace功能
當(dāng)造型面、總布置圖、安裝硬點等輸入發(fā)生變化時候，可以使用Replace功能替換以前的數(shù)據(jù)，快速的更改零件，實現(xiàn)輸入改變時快速更新斷面Part目的。同時也可以通過Replace功能替換Part內(nèi)的結(jié)構(gòu)，比如發(fā)動機艙內(nèi)板加強筋的結(jié)構(gòu)做了兩個方案，可以使用Replace功能快速的在發(fā)動機艙內(nèi)板中替換兩個方案。
3、自頂向下的建模方法在車身設(shè)計中的應(yīng)用
在某一平臺轎車的設(shè)計中，需要獲得更大的后排腿部空間，腿部空間的改變會帶來R點的向后移動、下車身尺寸增長，和上車身造型的改變，利用CATIA的參數(shù)化設(shè)計可以通過輸入替換和參數(shù)修改來實現(xiàn)車身的迅速調(diào)整。
3.1 下車身的更改
下車身布置斷面可分為機艙、前地板和中后地板三部分，此次更改的方案是中地板后移，因此只需修改中后地板部分的布置斷面，如圖10所示。
圖10 中地板部分的布置斷面
此草圖是中地板部分的布置斷面，輸入?yún)?shù)是總布置圖和底盤安裝硬點，可以看出中地板凸起位置對腿部空間后移起決定性作用，而凸起位置點是與R點關(guān)聯(lián)的，因此只需使用Replace命令把總布置圖替換，中地板和周邊搭接件的斷面就會相應(yīng)的向后移動。相同的，更新安裝硬點，車身斷面會相應(yīng)的更新。而零件Part是通過Publication和Paste with link命令關(guān)聯(lián)到布置斷面的，斷面的改變將會帶動零件Part的更新，這樣通過參數(shù)的傳遞，可以在幾個小時甚至幾分鐘內(nèi)完成此方案下車身部分的修改。
3.2 上車身的更改
上車身部分，造型發(fā)生了變化，導(dǎo)致上車身的斷面發(fā)生變化，僅以項蓋后風(fēng)擋處為例，如圖11所示。
圖11 項蓋后風(fēng)擋處
此斷面的輸入是后風(fēng)擋、頂蓋造型面和分縫。頂蓋的第一道翻邊是與頂蓋造型面、頂蓋分縫關(guān)聯(lián)的，風(fēng)擋涂膠面是與玻璃面關(guān)聯(lián)的。只需使用Replace命令把輸入數(shù)據(jù)替換，斷面會自動地更新。造型面的改變和斷面的更新會傳遞到零件Part，實現(xiàn)零件Part的更新。
3.3 Part詳細(xì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和更改
對于零件細(xì)節(jié)的改變，可以通過Part內(nèi)部的參數(shù)修改，如圖12所示。
圖12 Part內(nèi)部的參數(shù)修改
此件是內(nèi)飾頂棚安裝支架，筋的寬度、深度可以通過草圖進(jìn)行可視化的調(diào)整，這樣零件的細(xì)節(jié)特征可以很方便地隨時修改�？椎奈恢煤涂讖匠叽缡莾�(nèi)飾提供的輸入，將孔兩側(cè)筋的位置、零件上下切邊與孔心位置和孔徑尺寸關(guān)聯(lián)，當(dāng)內(nèi)飾安裝點改變時，孔兩側(cè)筋的位置、零件上下切邊也隨之改變，實現(xiàn)了細(xì)節(jié)特征的自動修改，這樣的好處是在設(shè)計的初期就可以對零件的細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計，后期可以自動更改或者通過簡單的操作手動更改，實現(xiàn)了同步工程。如果零件結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫中已有零件的結(jié)構(gòu)相似，可以借用數(shù)據(jù)庫內(nèi)結(jié)構(gòu)類似的數(shù)據(jù)，通過替換輸入和小量的修改實現(xiàn)零件的快速建模。
4、結(jié)論
利用CATIA的參數(shù)化功能可以方便地建立自頂向下的產(chǎn)品模型。通過父代替換和參數(shù)修改功能，節(jié)省了工程師大量地反復(fù)修改和反復(fù)建模的時間，消除了傳統(tǒng)設(shè)計中的一些反復(fù)勞動，使工程師有更多的時間完善數(shù)據(jù)；通過對零件庫內(nèi)已有零件的借用，實現(xiàn)了快速設(shè)計，提高了設(shè)計效率；由于可以父代替換和參數(shù)化修改，更早地進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計變成了可能，從而實現(xiàn)并行工程，縮短了設(shè)計周期，使人力、物力和時間大為節(jié)約。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題：基于CATIA平臺的自頂向下參數(shù)化車身設(shè)計
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