论CATIA在产品设计中的运用

第40卷 第4期 软 件

COMPUTER ENGINEERING & SOFTWARE 2019, Vol. 40, No. 4 国际IT传媒品牌

论CATIA在产品设计中的运用

朱丹清，闫 栋

（上海工程技术大学，上海 201620）

摘 要: 科学技术飞速发展的今天，计算机辅助设计在工业制造领域产品设计方面中发挥着巨大作用，CATIA

作为计算机辅助产品设计的旗舰解决方案其广泛运用，大大提升了工业制造的速度和精度。本文首先阐述CATIA概念及特点、主要功能模块、应用范围再结合具体产品造型设计实例展示CATIA的产品设计流程。

关键词: CATIA；产品设计；计算机辅助设计

中图分类号: TP391.7 文献标识码: A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.04.037

本文著录格式：朱丹清，闫栋. 论CATIA在产品设计中的运用[J]. 软件，2019，40（4）：175178

On the Application of CATIA in Product Design

ZHU Dan-qing, YAN Dong

(Shanghai University Of Engineering Science, Shanghai 201620)

【Abstract】: With the rapid development of science and technology, computer-aided design (CATIA) plays an im-portant 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 manufacturing. 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，计算机在各个行业中都得到了相当广泛的应用，特别是在工业设计领域，计算机的作用非常的重要。也因此诞生了很多计算机辅助设计产品，而CATIA则是其中的佼佼者。在文中就对CATIA在产品设计中的运用进行介绍。

零件实体建造和空间曲面建模，可以在不同模块中实现相互转化操作设计，大大减少设计步骤，为设计者提供巨大的便利。

（2）参数化和变量混合建模。设计者不必在设计中考虑繁琐的参数设定，CATIA 建模中自带设计参数实现初始模型，后期设计者可据实际需要进行参数修改和调整。

（3）智能工程及几何模型混合创建。集成化 的CATIA软件可记忆和储存大量的以往设计经验于知识库中，作为备用数据既可以用作新产品设计的参数参照，又可以方便查找和新员工设计培训的调用。

1 CATIA简介和特点

CATIA软件是由Dassault Aviation公司开发的基于计算机辅助设计和分析的一体集成化软件，作为计算机辅助产品设计的重要技术手段，CATIA被广泛运用于世界航空航天、汽车制造、机械制造、电子电器等工业领域。作为目前世界主流设计软件CATIA有着区别于其竞争对手的显著特点。

1.2 各功能模块相关相连

基于统一数据平台创建的各设计模块，在设计过程中相互关联和作用，非常方便数据和模型在不同阶段的转换和检验。例如，二维平面和有限元分析、模具及数控加工的程序中可以体现三维模型。

1.1 优秀的模型混合建设技术

（1）多层面模型混合设计。CATIA设计软件中

作者简介: 朱丹清(1989)，男，上海工程技术大学，研究生在读，主要研究钣金类零件CAPP，Solidworks二次开发；闫栋，男，上海工程技术大学，副教授，研究生导师，主要研究方向计算机辅助工艺设计，计算机辅助设计，先进制造技术。

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1.3 并行设计缩短周期

系统多模型链接及模型混合建设环境的实现开启了产品设计的并行工程设计模式。总设系统只需要简单的向各分系统传达基础设计参数，各分系统便可及时协同开展设计工作无需等待和申请。因模型之间的互联特性先期设计成果可直接应用于后期设计工作。实现前期和后期设计同参互补。

3 CATIA的主要应用表现

3.1 航天航空工业

源于航天航空工业的CATIA，凭其先进的设计技术可靠的设计精度高效的设计特性被航天航空工业完全认可而极力推广使用。例如CATIA虚拟原型机的开发包括波音737/777、阵风战斗机、Global Express公务机、以及Darkstar 无人驾驶侦察机。

1.4 实用性强，涵盖面广

CATIA覆盖于整个产品设计过程。从最初设计概念到最终产品成型CATIA全程参与并提供精准参数作用于二维、三维设计层面，同时发挥软件高度集成化的优势将零件设计、有限元分析及运动仿真、装配设计和工程制图有机结合。为设计过程提供严密的全程无纸化运行环境。

3.2 汽车工业

CATIA凭借其出色设计表现已成为汽车工业设计领域的行业标准，世界前20名的汽车企业已有18家采用CATIA作为其核心设计软件。CATIA软件以其独到的开发思维全程数字化精准设计理念为各类车型的设计制造提供终极的解决方案技术依托。

3.3 造船工业

2 CATIA的操作模块及相关功能

CATIA设计功能十分强大，系统包含了多项实用于不同类型及不同设计阶段需求的多个功能模块。主要有以下几种：

（1）创成式工程制图（GDR CATIA），此功能利用三维零件模型和装配体生成与之对应的工程图。

（2）交互式工程制图（IDI），交互式制图模块能直观、高效的，开展产品的二维设计。

（3）曲面和线造型设计 （WSF），在产品设计初期通过草图设计面命令绘制图形线条或曲面元素，作为产品设计的基础。

（4） 创成式外型设计（GSD CATIA），于产品外形设计中利用线框与多个曲面特征相结合，设计复杂的曲面外形。

（5）创成式零件结构分析（GRS CATIA），它可以为设计者提供有限元分析和预校验。

（6）产品设计渲染（RTI CATIA），通过对设计模型赋予不同材质便于设计者对模型实际形态的观察和质感把握，是一种写实手法。

（7）运动结构模拟（KIN），通过自动转换装配约束条件或通过调用系统关节连接方式而生成关节连接，对各种规模的电子样机结构进行定义。

（8）空间分析（SPA CATIA），运用于电子样机的断面分析和干涉检查、验证3D形态的几何参数。

（9）知识工程顾问（KWA CATIA）实现设计全过程的隐式状态向显式状态的转化。

（10）目标管理器（COM CATIA），为产品设计达成统一工作界面环境而服务。

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CATIA以一贯的技术优势深入运用于造船工业设计方面。为船体结构设计、船舱结构及及载重优化设计提供先进的技术支持，已被众多船舶制造企业广为认可。

3.4 加工和装配

产品从概念设计到制造成型要经历一个复杂且精细的过程，高效先进的设计软件的选用可事半功倍。擅长为棱柱和工具零件作二维三维关联、设计分析的CATIA软件，可保证产品高速生产和组装精密。

3.5 电子电器

CATIA于电子电器行业的设计运用很大成分得益于其快速、方便的操作性能和高品质的实时渲染技术。经CATIA软件设计制造的电器产品不仅外观新颖而且质感上层。诸如，PC、移动通讯工具、厨电设备、各种智能电子设备大部分都是CATIA设计成果。得利于快速、真实的实时渲染技术可使生产企业在产品为上市前即可参与预售宣传展示，实现预先经济效益。

4 CATIA实例设计-活塞模型

本例以绘制汽车活塞实体为说明，包含整个部件的模型建造流程及CATIA相关操作命令（草图、拉伸实体、拉伸凹槽、旋转槽、倒圆角）的使用。

（1）绘制步骤

1）新建一个part文件命名1.1

2）调用草图命令，以XY平面为操作台进入草图设计，调用两点圆命令以坐标原点为圆心绘制圆，约束直径107.5 mm。

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朱丹清等：论CATIA在产品设计中的运用题

图1 活塞模型 Fig.1 Piston model

图5 新绘制一个圆

Fig.5 Draw a new circle

5）调用拉伸凹槽命令对上步轮廓向下拉伸22.4 mm，再以倒圆角命令于凹槽底部边线倒半径为13 mm的圆角。再次进入草图于圆柱下端面创建直径为10 mm的圆，以拉伸凹槽命令拉伸轮廓66 mm。如图6。

图2 绘制步骤 Fig.2 Drawing steps

图3 约束直径 Fig.3 Constraint Diameter

3）退出草图窗口返回零件设计界面，调用拉 伸实体命令以草图为轮廓，向上拉伸102.4 mm。如图4。

图6 再次拉伸 Fig.6 Stretch again

6）调用边线圆角命令于凹槽底部边线倒半径14 mm，以ZY平面为设计平面调用连续轮廓命令绘制关于纵轴对此的草图7。

图4 拉伸实体 Fig.4 Stretching entity

4）再次进入草图设计界面，以1.1.1所绘圆柱上表面为操作点，调用两点圆命令绘制直径为57.5的圆，圆心至横轴距离6 mm，纵轴距离1.5 mm。如图5。

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图7 纵轴草图

Fig.7 Longitudinal axis sketch

7）拉伸上步草图轮廓成实体在ZX平面建立圆心在纵轴上直径为35 mm的圆，用拉伸凹槽命令，建成实体。并在yz面以镜像命令建立草图8。

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通过实例可知CATIA不仅操作界面简洁、操作命令清晰方便、交互人性、设计结构树规律有序，而且混合设计功能强大，操作非常流畅便捷。在实用产品设计中认可度相当高。

5 结语

由法国达索系统公司开发的CATIA软件是一

套集成系统应用设计软件它涵盖产品设计各个方面，实用于平面二维、三维立体草图创建及实体造型，不仅适宜普通机械产品零部件设计也能很好的用于复杂的空间曲面造型设计以及知识工程，有限元分析、逆向开发、运动仿真等等产品设计的全过程。CATIA在产品设计领域的广泛使用极大的缩短了设计过程，加速了成品制造效率，降低企业开发成本促进制造工业向“高精尖”方向飞速发展。

图8 建立草图

Fig.8 Establishment sketch

8）以旋转槽命令将1.1.6轮廓按中心轴旋转360度生成实体，在zx平面建立封闭轮廓草图9。

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图9 建立封闭轮廓草图

Fig.9 Establishing closed contour sketch

9）调用旋转槽命令将草图1.1.7轮廓旋转360度建立旋转槽，在ZX平面建立凹槽草图并以凹槽命令生成实体，模型建成。如图10。

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图10 最终模型 Fig10 Final Model

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