一、引言

　　隨著日益成熟的CAD/CAM/CAE一體化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，汽車車身設(shè)計(jì)方法正逐步由傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方 法向著以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度為目標(biāo)的現(xiàn)代 設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變。車身造型逐步由草圖加油泥模型造型設(shè)計(jì)方法 向數(shù)模與虛擬裝配仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變，特別是歐美的大型汽車企業(yè)很多都向無紙化趨勢發(fā)展，完全應(yīng)用相應(yīng)的計(jì) 算機(jī)軟件對車身造型的各個(gè)階段進(jìn)行不同階段的設(shè)計(jì)與分析。CATIA V5是Dassualt Systemes公司與IBM公司合作共同推出的微機(jī)版專業(yè)CAD/CAM軟件，它具有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模塊、機(jī)械設(shè)計(jì)模塊、曲面造型模塊、分析模塊和人機(jī)工程設(shè)計(jì)等，具有知識智能、曲面造型分析評價(jià)、有限元分析以及數(shù)字化虛擬樣機(jī)等強(qiáng)大的功能模塊，為許多用戶所青睞。在歐洲的汽車生產(chǎn)商包括克萊斯勒(Chrysler)、寶馬(BMW)、奔馳(Benz)、大眾(Volkswagen) 和奧迪(Audi)等已全部將CATIA當(dāng)成核心開發(fā)軟件。

　　二、CATIA V5知識工程模塊

　　知識工程是C A T I A V5軟件的重要組成部分，也體現(xiàn)了CATIA V5軟件強(qiáng)大的功能。CATIA V5實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè) 計(jì)系統(tǒng)的無縫連接，是使KB E工程化、實(shí)用化的重要工具。用戶可以根據(jù)具體的需求，通過定義特征、定義公式、定義規(guī)則和定義檢查，來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)過程是否符合技術(shù)要求或給予設(shè) 計(jì)的評估以及建議等。CATIA V5的知識工程模塊包括：知識 工程顧問(Knowledge Advisor);知識工程專家(Knowledge Expert);產(chǎn)品知識模板(Product Knowledge Template);業(yè)務(wù)流程知識模板(Business Process Knowledge Template); 產(chǎn)品工程優(yōu)化(Product Engineering Optimizer);產(chǎn)品功 能定義(Product Function Definition);產(chǎn)品功能優(yōu)化(Product Function Optimization)。

　　此系列模塊主要功能：第一，CATIA V5知識工程模 塊將知識以參數(shù)(Parameters)、公式(Formulas)、規(guī)則(Rules)、檢查(Check)、報(bào)告(Reports)、設(shè)計(jì)表(Designtable)、應(yīng)變(Reactions)和創(chuàng)成式腳本(Generativescripts)等多種形式表示出來，還可以把這些智能資產(chǎn)封裝為產(chǎn)品設(shè)計(jì)模板直接使用。第二，CATIA V5知識工程模塊給企業(yè)提供了在產(chǎn)品全生命周期都可以捕捉與重用企業(yè)知識的能力。建立知識庫的目的是為了在產(chǎn)品開發(fā)過程中，所有相關(guān)技術(shù)人員都可以高效利用CATIA V5自動捕捉系統(tǒng) 中的知識。

　　三、基于CATIA V5知識工程的參數(shù)化車身總布置方法

　　首先是采用參數(shù)化建模的方法對設(shè)計(jì)對象進(jìn)行特征的提取;

　　其次是將其特征量用參數(shù)表示，從而奠定了下一步建立公式或規(guī)則 的基礎(chǔ);再次是在確定特征的基礎(chǔ)上，將專家的設(shè)計(jì)思想或設(shè)計(jì)方法等知識歸納為規(guī)則或公式，通過建立特征之間的關(guān)聯(lián)，將設(shè)計(jì)思 想或方法等知識轉(zhuǎn)化為可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的工作過程;最后，這些規(guī) 則或公式還可以根據(jù)特征或參數(shù)對設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行量化評估。

　　1.定義車身總布置參數(shù)

　　車身總布置參數(shù)化就是實(shí)現(xiàn)其尺寸參數(shù)化驅(qū)動的過程，在此過程中，要創(chuàng)建其總布置相關(guān)關(guān)鍵尺寸參數(shù)。圖1是應(yīng)用某車型控制尺寸參數(shù)，進(jìn)行關(guān)鍵控制尺寸的建立。

　　2.在CATIA V5中建立相應(yīng)關(guān)鍵點(diǎn)

　　運(yùn)用相關(guān)的公式、定義和規(guī)則，把上述車型參數(shù)導(dǎo)入CATIA V5知識工程模塊，建立車身參考點(diǎn)、面，以此來確立車身主要硬點(diǎn)位置。在CATIA V5中可以通過面、面相交得到線，線、面相交得到點(diǎn)的方法來確定相關(guān)的車身硬點(diǎn)(如圖2)。

　　3.構(gòu)建車身網(wǎng)絡(luò)線

　　車身總布置硬點(diǎn)不能直觀地反應(yīng)車身整體輪廓，必須把相應(yīng)的硬點(diǎn)連接起來，才能得到車身總布置的輪廓線。應(yīng)用CATIA V5中的相關(guān)命令，依次用線條曲線連接車身總布置硬點(diǎn)，構(gòu)建空間型體，得到車身前、中、后部網(wǎng)絡(luò)線，最后得到整車車身總布置網(wǎng)絡(luò)線框(如圖3)。

　　4.導(dǎo)入設(shè)計(jì)表及車身全部尺寸更新

　　構(gòu)建完成車身總布置網(wǎng)絡(luò)線后，CATIA V5可以通過外部已有車型數(shù)據(jù)引用驅(qū)動文件自動更新，引用的格式可以是Excel文件或記事本文件。應(yīng)用此方法可以完成車型總布置的自動更新(如圖4)。

　　5.建立檢查規(guī)則

　　檢驗(yàn)工具(Check)可讓用戶對參數(shù)值加以檢查。所謂檢驗(yàn)， 就是針對參數(shù)檢查是否在設(shè)置范圍之內(nèi)，核實(shí)一個(gè)規(guī)則聲明是否被執(zhí)行。我們根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)來設(shè)置規(guī)則(即法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等)，把它鏈接在所建車身總布置模型中。當(dāng)更改車身總布置某些尺寸參數(shù)時(shí)， 如果造成目標(biāo)規(guī)則沒有被實(shí)現(xiàn)，就會有警報(bào)出現(xiàn)，提醒設(shè)計(jì)者某項(xiàng)規(guī)則被違反，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢驗(yàn)。

　　四、基于CATIA V5曲面模塊的車身造型設(shè)計(jì)與曲面質(zhì)量分析評價(jià)

　　車身造型是由一系列復(fù)雜的空間曲面構(gòu)成的，這些曲面是由不同曲率的空間曲面相互連接而成，這種連接既要滿足零件功能、結(jié)構(gòu)的要求，又要光滑過渡，達(dá)到平順、和諧的效果。

　　CATIA軟件的曲面造型技術(shù)為車身曲面造型提供了先進(jìn)、方便、快捷的手段，使汽車的設(shè)計(jì)更趨完美。CATIA具有混合建 模功能，可以直接由知識工程模塊切換到曲面模塊，在已建好的車身總布置線框內(nèi)進(jìn)行車身主要線條的構(gòu)建，從而進(jìn)行車身曲面造型設(shè)計(jì)(如圖5)。

　　曲面質(zhì)量對汽車的外覆蓋件很重要，光順的獨(dú)立曲面連接后并不一定生成光順的整體曲面，因而對車身全部曲面生成且 拼接后，要對整體曲面進(jìn)行評價(jià)。A級曲面分析是CATIA環(huán)境下曲面品質(zhì)檢測的重要方法。A級曲面高亮分析方法是通過黑白相間的條紋，顯示曲面法向與指定方向的角度，對車身造型曲 面進(jìn)行曲面高亮分析，進(jìn)而分析評價(jià)車身造型曲面的質(zhì)量。

　　五、結(jié)論

　　本文提出了基于CATIAV5作為車身總布置設(shè)計(jì)的核心工具，在線架造型、曲面造型以至于3D實(shí)體造型等方面更具有獨(dú)特的長處，其可伸縮性設(shè)計(jì)和并行工程能力可顯著縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。基于CATIA的數(shù)字化產(chǎn)品，在數(shù)字化工廠內(nèi)通過數(shù)字化流程，進(jìn)行數(shù)字化工程的實(shí)施。因此，CATIA的技術(shù)在汽車領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢是顯著的，并且得到各國的汽車零部件供應(yīng)商的廣泛認(rèn)可。