CATIA V5及其在轿车数字化工程中的应用

2.2 工程分析
    CATIA V5提供了一套既适于设计人员又适于专业分析人员使用并且经过工业验证的有限元分析解决方案（Analysis & Simulation），用来作为设计人员进行决策的辅助工具，其无与伦比的易用性，使设计人员可以进行设计与分析的反复叠代。与设计的完全集成和关联，设计人员不需要进行传统有限元分析软件的前后置处理，只需在模型上添加载荷和约束，系统就可以对设计进行验证。CATIA V5的分析解决方案覆盖了工程分析的各个方面，包括线性的零件和混合装配分析、接触分析、屈曲分析、热机械分析、零件和混合模型的模态分析、可变形装配公差分析等。

    2.2.1 创成式结构分析
    CATIA V5创成式零件结构分析（GPS：CATIA Generative Part Structural Analysis）拥有先进的前处理、求解和后处理的能力，为产品设计人员和分析工程师提供了一种简便的应用和分析环境，允许设计者对零件进行快速的、准确的应力分析和变形分析。GPS所具有的明晰的、自动的模拟和分析功能，使得在设计的初级阶段，就可以对零部件进行反复多次的设计和分析计算，从而达到改进和加强零件性能的目的。作为分析运算的核心模块，GPS集成了一系列的更高级的可定制的专业级的分析求解工具，可以使设计人员很好地完成机械零件性能评估中所要求的应力分析、振动分析和接触分析。对于实体部件、曲面部件和线框结构部件都可以在GPS中实现结构分析。在一个非常直观的环境中，用户可以对零件进行自动的应力分析（包括接触应力分析）和模态频率分析。GPS自适应技术支持应力计算时的局部细化，对于计算结果也提供先进的分析功能，例如实时动态剖面。

    建立在GPS基础上的CATIA V5创成式装配件结构分析（GAS：CATIA Generative Assembly Structural Analysis）很好地继承了GPS核心模块提供的所有的功能，允许设计人员直接对装配进行定义，可以直接调用通过ASD定义的装配连接来进行分析。GAS自动地完成以下过程：对每个零件自动化分网格，然后将不能匹配的网格通过独特的组合机制自动连接。可以实现对各种类型装配件结构的应力分析和振动分析，而且通过在多部件之间建立起来的良好的连接关系，使得在整个的分析过程中，模型中各个特定的装配关系可以得到完美的体现。

    2.2.2 Elfini结构分析
    CATIA V5 Elfini结构分析（EST：CATIA Elfini Structural Analysis）提供了可以满足分析专家需求的高级分析选项。EST继承了GPS的所有功能。同时，它进一步给出了更多的分析类型和补充选项，扩展了GPS功能，以便进行更为高级的前、后处理和分析解算。EST通过与GAS结合使用，既能够对零件进行结构分析， 也可以对装配件进行结构分析。作为一个集成化的模块，EST结合CATIA V5其它设计模块，提供了完全相关的分析规范，设计上的变化会直接反映到分析结果的变化，因此可以快速完成高质量的设计。

    2.2.3 变形装配件公差分析
    CATIA V5变形装配件公差分析（TAA：CATIA Tolerance Analysis of Deformable Assembly）提供一套基于单个零件公差，运用变形与装配分析，对钣金件进行装配公差分析预测的工具，能够预测钣金零件焊接体（螺钉连接或铰接）的公差一致性，分析预测过程中会充分考虑装配中的产品、流程和资源等因素。TAA可以直接应用到设计阶段，帮助设计者确定或验证装配流程（例如装配次序或焊接/铆接次序等）、相应的装配公差、钣金结构件的几何外形与各种属性值（例如厚度、材料等）。同样可以应用到生产制造阶段，用来发现一些需要纠正的流程错误，而且可以结合灵敏度分析来组织加工过程（例如增加一些新的定位装置、修改焊接次序）。TAA与CATIA V5其它分析环境相集成，使设计人员不仅能够分析单个零部件的有效期影响而且能够考虑整个装配过程中发生的变形，从而为零件优化设计和装配工艺优化提供反馈，使产品进行全面质量改进成为可能。

图七  基于CATIA V5的工程分析

    2.3 中间数据格式接口

    2.3.1 初始图形交换规范IGES
    初始图形交换规范（IGES：Initial Graphics Exchange Specification）是美国国家标准局和工业界于1975年共同制定并实施的。CATIA V5提供的IGES接口（IGI：CATIA IGES Interface）可以帮助多个CAD/CAM系统并存的制造企业通过IGES中性数据格式进行数据交换。该实用程序支持IGES V5.3版本，并具有IGES元素名字和CATIA V5几何元素标识之间的名字匹配管理功能，能够处理3D线架元素、曲面和剪载曲面元素、等距偏置曲线、表皮和表皮边界、二次曲线和颜色。转换完成后，同时产生一个HTML格式转换报告。设计人员可以在两个完全不同的系统之间直接进行可靠的双向数据交换，也可以自动存取IGES文件。

    2.3.2 产品模型数据交换标准STEP
    1983年12月，国际标准化组织所属技术委员会TC184（工业自动化系统技术委员会）下的“产品模型数据外部表示”（External Representation of Product Model Data）分委会SC4所制定的国际统一CAD数据交换标准：产品模型数据交换标准（STEP：Standard for the Exchange of Product Model Data），到1994年已完成了其中12个分号标准。CATIA V5配备的STEP核心接口（STI：CATIA SETP Core Interface）能自动识别STEP文件类型，支持几何体和装配结构，并能够输入、输出拓扑关系（如实体、壳体类零件）。允许设计人员交互式地以STEP AP203和STEP AP214数据格式读写数据。

图八  基于CATIA V5的中间数据格式接口