【文章內(nèi)容簡介】 保證其能夠處理電子樣機審核及產(chǎn)品總成過程中經(jīng)常遇到的問題，能夠?qū)Ξa(chǎn)品的整個生命周期（從設(shè)計到維護(hù)）進(jìn)行考察。圖五 基于CATIA V5的數(shù)字轎車電子樣機設(shè)計⒉ 數(shù)字轎車開發(fā)—功能虛擬樣機 數(shù)字轎車開發(fā)是轎車數(shù)字化工程的核心，也是區(qū)別于以往早期零部件級別的虛擬設(shè)計最重要的方面，它面向整車系統(tǒng)——功能虛擬樣機。產(chǎn)品設(shè)計人員在新型轎車開發(fā)的早期就全面考察數(shù)字轎車在各種工況下的性能，真正使數(shù)字轎車設(shè)計由“形似”提高到“神似”，并進(jìn)行整車系統(tǒng)的調(diào)整，使數(shù)字轎車功能、成本、安全性、可靠性、舒適性等相互矛盾的性能之間達(dá)到系統(tǒng)平衡與優(yōu)化。 人機工程學(xué)分析 人機工程學(xué)是運用生理學(xué)、心理學(xué)和醫(yī)學(xué)等有關(guān)科學(xué)知識，研究組成人機系統(tǒng)的機器和人的相互關(guān)系，以提高整個系統(tǒng)工效的新興邊緣科學(xué)。人機工程學(xué)研究在設(shè)計人機系統(tǒng)時如何考慮人的特性和能力，以及人受機器、作業(yè)和環(huán)境條件的限制。為了在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計過程中就很好地解決“人—機—環(huán)境”之間的問題，CATIA V5最早提出了人體設(shè)計與分析（Ergonomics Design amp。 Analysis）解決方案。 人體模型構(gòu)造 CATIA V5人體模型構(gòu)造（HBR：CATIA Human Builder）在虛擬環(huán)境中建立和管理標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化“虛擬”人體模型，以在產(chǎn)品生命周期的早期進(jìn)行人機工程的交互式分析。HBR提供的工具包括：人體模型生成、性別和身高百分比定義、人機工程學(xué)產(chǎn)品生成、人機工程學(xué)控制技術(shù)、動作生成及高級視覺仿真等。一個友好的用戶接口確保了人體因素分析能夠由非人體分析專家進(jìn)行研究。 HBR能夠滿足來自轎車、工廠設(shè)計和電氣產(chǎn)品等行業(yè)的設(shè)計工程師、技術(shù)支持維修工程師和概念設(shè)計師等不同工業(yè)界人士的需要。有效地將HBR與HAA（人體行為分析）、HME（人體模型測量編輯）及HPA（人體姿態(tài)分析）結(jié)合起來可以生成更高級的人體模型，得到更詳盡的分析結(jié)果，使設(shè)計更符合人機工程學(xué)對舒適性、功能性及安全性的要求。這些產(chǎn)品的結(jié)合可以為設(shè)計人員提供人體工程設(shè)計詳細(xì)的解決方案。 人體行為分析 CATIA V5人體行為分析（HAA：CATIA Human Activity Analysis）作為HBR的輔助模塊，可以對處于虛擬環(huán)境中的人機互動進(jìn)行特定的分析。HAA的優(yōu)點在于能夠精確地預(yù)測人的行為。它提供了多種高效的人體工程學(xué)分析工具和方法，可以全面分析人機互動過程中的全部因素。 人體模型測量編輯 CATIA V5人體模型測量編輯（HME：CATIA Human Measurements Editor）允許設(shè)計人員通過大量的先進(jìn)人體測量學(xué)工具生成高級的用戶自定義的人體模型。該模型依靠它的指定目標(biāo)人群，可以用于評價設(shè)計與其目標(biāo)的吻合程度。HME能夠滿足專業(yè)人機工程分析師、技術(shù)支持維護(hù)工程師等不同設(shè)計人員的需要。 人體姿態(tài)分析 CATIA V5人體姿態(tài)分析（HPA：CATIA Human Posture Analysis）可以定性和定量地分析人機工程學(xué)上的各種姿態(tài)。人的整個身體及各種姿態(tài)可以從各個方面被全面系統(tǒng)地反復(fù)檢驗和分析，以評定駕駛者的舒適性，并可以與以公布的舒適性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來檢查、紀(jì)錄和重放人體全身或局部的姿勢，確定相關(guān)人體的舒適度和可操作性。界面友好的對話框提供了人體模型各個部位的姿勢信息，顏色編碼技術(shù)可以通過使用不同的顏色標(biāo)記，快速發(fā)現(xiàn)有問題的區(qū)域，重新做出分析，并進(jìn)行姿態(tài)優(yōu)化。HPA允許設(shè)計人員根據(jù)自己的實際應(yīng)用，建立起自己的舒適度和強度數(shù)據(jù)庫設(shè)計，來滿足不同的需要。圖六 基于CATIA V5的人機工程學(xué)分析 工程分析 CATIA V5提供了一套既適于設(shè)計人員又適于專業(yè)分析人員使用并且經(jīng)過工業(yè)驗證的有限元分析解決方案（Analysis amp。 Simulation），用來作為設(shè)計人員進(jìn)行決策的輔助工具，其無與倫比的易用性，使設(shè)計人員可以進(jìn)行設(shè)計與分析的反復(fù)疊代。與設(shè)計的完全集成和關(guān)聯(lián)，設(shè)計人員不需要進(jìn)行傳統(tǒng)有限元分析軟件的前后置處理，只需在模型上添加載荷和約束，系統(tǒng)就可以對設(shè)計進(jìn)行驗證。CATIA V5的分析解決方案覆蓋了工程分析的各個方面，包括線性的零件和混合裝配分析、接觸分析、屈曲分析、熱機械分析、零件和混合模型的模態(tài)分析、可變形裝配公差分析等。 創(chuàng)成式結(jié)構(gòu)分析 CATIA V5創(chuàng)成式零件結(jié)構(gòu)分析（GPS：CATIA Generative Part Structural Analysis）擁有先進(jìn)的前處理、求解和后處理的能力，為產(chǎn)品設(shè)計人員和分析工程師提供了一種簡便的應(yīng)用和分析環(huán)境，允許設(shè)計者對零件進(jìn)行快速的、準(zhǔn)確的應(yīng)力分析和變形分析。GPS所具有的明晰的、自動的模擬和分析功能，使得在設(shè)計的初級階段，就可以對零部件進(jìn)行反復(fù)多次的設(shè)計和分析計算，從而達(dá)到改進(jìn)和加強零件性能的目的。作為分析運算的核心模塊，GPS集成了一系列的更高級的可定制的專業(yè)級的分析求解工具，可以使設(shè)計人員很好地完成機械零件性能評估中所要求的應(yīng)力分析、振動分析和接觸分析。對于實體部件、曲面部件和線框結(jié)構(gòu)部件都可以在GPS中實現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析。在一個非常直觀的環(huán)境中，用戶可以對零件進(jìn)行自動的應(yīng)力分析（包括接觸應(yīng)力分析）和模態(tài)頻率分析。GPS自適應(yīng)技術(shù)支持應(yīng)力計算時的局部細(xì)化，對于計算結(jié)果也提供先進(jìn)的分析功能，例如實時動態(tài)剖面。 建立在GPS基礎(chǔ)上的CATIA V5創(chuàng)成式裝配件結(jié)構(gòu)分析（GAS：CATIA Generative Assembly Structural Analysis）很好地繼承了GPS核心模塊提供的所有的功能，允許設(shè)計人員直接對裝配進(jìn)行定義，可以直接調(diào)用通過ASD定義的裝配連接來進(jìn)行分析。GAS自動地完成以下過程：對每個零件自動化分網(wǎng)格，然后將不能匹配的網(wǎng)格通過獨特的組合機制自動連接?？梢詫崿F(xiàn)對各種類型裝配件結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析和振動分析，而且通過在多部件之間建立起來的良好的連接關(guān)系，使得在整個的分析過程中，模型中各個特定的裝配關(guān)系可以得到完美的體現(xiàn)。 Elfini結(jié)構(gòu)分析 CATIA V5 Elfini結(jié)構(gòu)分析（EST：CATIA Elfini Structural Analysis）提供了可以滿足分析專家需求的高級分析選項。EST繼承了GPS的所有功能。同時，它進(jìn)一步給出了更多的分析類型和補充選項，擴展了GPS功能，以便進(jìn)行更為高級的前、后處理和分析解算。EST通過與GAS結(jié)合使用，既能夠?qū)α慵M(jìn)行結(jié)構(gòu)分析， 也可以對裝配件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。作為一個集成化的模塊，EST結(jié)合CATIA V5其它設(shè)計模塊，提供了完全相關(guān)的分析規(guī)范，設(shè)計上的變化會直接反映到分析結(jié)果的變化，因此可以快速完成高質(zhì)量的設(shè)計。 變形裝配件公差分析 CATIA V5變形裝配件公差分析（TAA：CATIA Tolerance Analysis of Deformable Assembly）提供一套基于單個零件公差，運用變形與裝配分析，對鈑金件進(jìn)行裝配公差分析預(yù)測的工具，能夠預(yù)測鈑金零件焊接體（螺釘連接或鉸接）的公差一致性，分析預(yù)測過程中會充分考慮裝配中的產(chǎn)品、流程和資源等因素。TAA可以直接應(yīng)用到設(shè)計階段，幫助設(shè)計者確定或驗證裝配流程（例如裝配次序或焊接/鉚接次序等）、相應(yīng)的裝配公差、鈑金結(jié)構(gòu)件的幾何外形與各種屬性值（例如厚度、材料等）。同樣可以應(yīng)用到生產(chǎn)制造階段，用來發(fā)現(xiàn)一些需要糾正的流程錯誤，而且可以結(jié)合靈敏度分析來組織加工過程（例如增加一些新的定位裝置、修改焊接次序）。TAA與CATIA V5其它分析環(huán)境相集成，使設(shè)計人員不僅能夠分析單個零部件的有效期影響而且能夠考慮整個裝配過程中發(fā)生的變形，從而為零件優(yōu)化設(shè)計和裝配工藝優(yōu)化提供反饋，使產(chǎn)品進(jìn)行全面質(zhì)量改進(jìn)成為可能。圖七 基于CATIA V5的工程分析 中間數(shù)據(jù)格式接口 初始圖形交換規(guī)范IGES 初始圖形交換規(guī)范（IGES：Initial Graphics Exchange Specification）是美國國家標(biāo)準(zhǔn)局和工業(yè)界于1975年共同制定并實施的。CATIA V5提供的IGES接口（IGI：CATIA IGES Interface）可以幫助多個CAD/CAM系統(tǒng)并存的制造企業(yè)通過IGES中性數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該實用程序支持IGES ，并具有IGES元素名字和CATIA V5幾何元素標(biāo)識之間的名字匹配管理功能，能夠處理3D線架元素、曲面和剪載曲面元素、等距偏置曲線、表皮和表皮邊界、二次曲線和顏色。轉(zhuǎn)換完成后，同時產(chǎn)生一個HTML格式轉(zhuǎn)換報告。設(shè)計人員可以在兩個完全不同的系統(tǒng)之間直接進(jìn)行可靠的雙向數(shù)據(jù)交換，也可以自動存取IGES文件。 產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP 1983年12月，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織所屬技術(shù)委員會TC184（工業(yè)自動化系統(tǒng)技術(shù)委員會）下的“產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)外部表示”（External Representation of Product Model Data）分委會SC4所制定的國際統(tǒng)一CAD數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)：產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（STEP：Standard for the Exchange of Product Model Data），到1994年已完成了其中12個分號標(biāo)準(zhǔn)。CATIA V5配備的STEP核心接口（STI：CATIA SETP Core Interface）能自動識別STEP文件類型，支持幾何體和裝配結(jié)構(gòu)，并能夠輸入、輸出拓?fù)潢P(guān)系（如實體、殼體類零件）。允許設(shè)計人員交互式地以STEP AP203和STEP AP214數(shù)據(jù)格式讀寫數(shù)據(jù)。圖八 基于CATIA V5的中間數(shù)據(jù)格式接口 第三方軟件無縫接口 與ANSYS、NASTRAN的專用接口 基于設(shè)計員級的有限元分析及優(yōu)化，由CATIA V5創(chuàng)成式結(jié)構(gòu)分析模塊完成，包括零部件和裝配件的結(jié)構(gòu)分析、靜載分析及模態(tài)分析。 對于復(fù)雜的非線性有限元分析可在CATIA V5中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后進(jìn)入市場上流行的有限分析軟件ANSYS或NASTRAN系統(tǒng)中，進(jìn)行分析計算，最后再由CATIA V5進(jìn)行后置處理。CATIA V5與ANSYS及NASTRAN分別都有專門的接口，不必做任何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。NASTRAN還專門針對CATIA V5開發(fā)了分析模塊V5i。 與ADAMS軟件的專用接口 CATIA V5與市場上流行的動力學(xué)分析軟件ADAMS軟件有專門的接口，運行該接口后，ADAMS軟件可在CATIA V5中使用，就像CATIA V5的一個模塊一樣。 ⒊ 虛擬加工 根據(jù)虛擬制造的要求，虛擬加工平臺要進(jìn)行數(shù)字轎車可加工性分析，包括零部件制造設(shè)計與分析（如：焊接、鈑金和模具）、制造過程碰撞干涉檢驗及運動軌跡檢驗（如：數(shù)控加工）等。 虛擬焊接設(shè)計 CATIA V5可以在高效、直觀的環(huán)境中進(jìn)行焊接裝配設(shè)計（WDG：CATIA Weld Design），為設(shè)計人員提供了角焊、對接焊、鏟邊焊、坡口焊和型槽焊（V型、U型和J型）等八種類型的焊接設(shè)計方法和先進(jìn)的焊接工藝，用于創(chuàng)建焊接和相關(guān)的標(biāo)注，在3D數(shù)字樣機中實現(xiàn)焊接，可使設(shè)計者對數(shù)字化預(yù)裝配、質(zhì)量慣性、空間預(yù)留和工程圖標(biāo)注等進(jìn)行詳細(xì)的管理。圖九 基于CATIA V5的虛擬焊接設(shè)計16