基于CATIA的装备数字样机应用研究

    0 引 言

    数字样机DMU(Digital Mockup)是一种新型产品设计和过程开发方法。数字样机指利用计算机建模仿真技术建立与物理样机相似的模型，并对该模型进行评估和测试，获取关于物理模型设计方案的特性，为产品的全寿命周期设计和评估提供支持，达到降低成本和提高效率的目的。

    由于装备设计中物理样机的制作、各种功能和技战术性能的测试往往需要花费大量时间和研制成本，而且研制过程中又需要反复修改和试制物理样机以满足设计要求，从而使设计周期大大延长，成本急剧上升。针对这种情况，应用CATIA软件以加油车为例，对以数字化建模及虚拟装配为基础的装备数字样机建立的一般方法和基本流程进行研究。

    1 CATIA简介

    CATIA是由法国著名飞机制造公司Dassau1t开发并由IBM公司负责销售的CAD／CAM／CAE／PDM应用系统。CATIA起源于航空工业，其最大的标志客户即美国波音公司，波音公司通过CATIA建立起了一整套无纸飞机生产系统，取得了重大的成功。围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的CATIA，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造，乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。作为世界领先的CAD／CAM软件，它提供了完备的设计能力，具备三维几何图形设计、二维工程蓝图绘制、复杂空间曲面设计与验证、三维计算机辅助加工制造、加工轨迹模拟、机构设计及运动分析、标准零件管理等功能模块。从而能够将机械设计、工程分析及仿真和加工等功能有机地结合，为用户提供严密的无纸工作环境，达到缩短设计生产时间、提高加工质量及降低费用的效果。

    CATIA功能强大，其运行需要一定的软、硬件环境支持，并进行相关设置：

    (1)硬件设施。局域网基础上的高性能Pc机或者工作站，主服务站要求有很高的性能；

    (2)软件设施。具备CATIA产品的相应模块，可进行三维建模、虚拟装配、数字样机评估等功能；

    (3)工作目录环境设置。设定服务区域及模型存放的位置；

    (4)建立零件标准启动模板。使各用户的零件特征具有—致性；

    (5)建立装配标准启动模板。实现在同一环境下的装配；

    (6)配置统一的使用和绘图环境。对长度、密度等配备同一基准，设定可以输出生产用图的背景，包括图框、符号库等；

    (7)标准件、常用件、厂标件的整理。自动调用已存在的零件库及标准件库。

    2 在CATIA中建立装备的数字样机

    CATIA的强大功能已经显示出，在计算机上可以方便地构造装备及其零部件的三维模型、修改模型、实现模型信息的共享、配合检查和虚拟装配，从而建立其数字样机进行展示、测试和评估。其设计流程如图1所示。

    图1 装备数字样机建立的基本框架结构

    该流程给出了从设计任务书的下达到装备的最终物理样机的试制整个过程，其核心是零部件与子系统建模、虚拟装配及装配后的数字样机的测试评估。最终输出试制的物理样机应当是制造完毕即可定型的成熟产品，其所有暇疵已在数字样机的反复测试评估中被发现并修改了。这样避免了物理样机的反复试制，缩短了设计周期，降低了成本。

    2．1 数字化模型建立与虚拟装配

    现以加油车为例，展示其在CATIA中数字样机建立的过程。