模組設(shè)計(jì)中CATIA自頂向下的應(yīng)用

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摘要：論文旨在說明使用CATIA進(jìn)行電池模組裝配設(shè)計(jì)時(shí)，利用catia三維草圖功能，實(shí)現(xiàn)自頂向下的參數(shù)化設(shè)計(jì)，可縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提高工作效率。對(duì)于提高設(shè)計(jì)管理水平有重要的理論和實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：CATIA；三維草圖；自頂向下；模組設(shè)計(jì)

前言

近年來，新能源汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭日趨激烈，產(chǎn)品研發(fā)周期、質(zhì)量、成本、服務(wù)、環(huán)保是每個(gè)企業(yè)所面對(duì)的重要問題。實(shí)踐證明，將計(jì)算機(jī)軟件高效應(yīng)用于新品開發(fā)過程中是現(xiàn)代化企業(yè)生存、發(fā)展的綠色之路。CATIA是一個(gè)大型設(shè)計(jì)軟件，世界60%以上的航空和汽車行業(yè)的設(shè)計(jì)師都在使用該軟件。作為新能源汽車行業(yè)的配套產(chǎn)業(yè)，電池模組研發(fā)人員大多也使用CATIA軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文將對(duì)CATIA裝配設(shè)計(jì)中如何應(yīng)用三維草圖功能實(shí)現(xiàn)自頂向下設(shè)計(jì)進(jìn)行淺析[1]。

1CATIA自頂向下設(shè)計(jì)方法

自頂向下是一種在確定產(chǎn)品各零件之間裝配關(guān)系的基礎(chǔ)上，據(jù)此來設(shè)計(jì)各零件的方法。一個(gè)產(chǎn)品，它的各零部件間的相對(duì)安裝位置、配合尺寸都具有相關(guān)性，如果調(diào)整總體設(shè)計(jì)參數(shù)，或者改變某個(gè)零件的形狀、位置，都會(huì)對(duì)相關(guān)零件造成影響[2]。一個(gè)電池模組大約包含20種部件。由于客戶要求變更、方案優(yōu)化、供應(yīng)商制造能力以及成本、新材料、新工藝等諸多原因，不可避免地會(huì)出現(xiàn)變更零件設(shè)計(jì)的情況。修改零部件三維模型時(shí)，模組相關(guān)零部件之間的約束都需要重新修改，工作量繁瑣且容易出錯(cuò)。利用CATIA的草圖功能，繪制模組總布置圖，再把總布置圖插入到裝配文件里，利用總共布置圖進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)，就可以避免由于設(shè)計(jì)變更或優(yōu)化等情況所帶來的頻繁修改，增加重復(fù)工作的問題，從而減輕設(shè)計(jì)人員的工作量。

2模組自頂向下設(shè)計(jì)步驟

下面就以VDA方殼電芯模組為例，具體闡述如何在CATIA裝配設(shè)計(jì)過程中利用三維草圖，實(shí)現(xiàn)自頂向下的參數(shù)化設(shè)計(jì)。第一步，VDA標(biāo)準(zhǔn)模組外形尺寸為355mmx108mmx151.5mm。設(shè)計(jì)初期，先根據(jù)模組外形尺寸和各零部件之間的關(guān)鍵定位尺寸，做三維草圖[3]，并保存為part文件，這個(gè)part文件就是總布置圖，如圖1所示。X、Y、Z方向分別代表模組的長、寬、高方向。在此例中，把電芯肩高作為關(guān)鍵尺寸，以電芯肩高平面為基礎(chǔ)平面。第二步，將此part文件作為一個(gè)零部件插入到裝配文件product中。第三步，設(shè)計(jì)每個(gè)零件時(shí)，零件建模初始的草圖與總布置圖定位約束。如圖2、圖3所示。依據(jù)以上步驟，依次對(duì)所有零件完成初版設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，總布置圖也需要不斷完善，直至設(shè)計(jì)完成。當(dāng)發(fā)生設(shè)計(jì)變更時(shí)，只需修改總布置圖里各草圖相對(duì)應(yīng)的尺寸，其他零部件的尺寸及裝配位置就可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)更新[4]。

3結(jié)論

利用CATIA草圖功能做自頂向下的設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，提高工作效率。雖然在設(shè)計(jì)初期，需要花精力設(shè)計(jì)總布置圖，但在后期面對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化及變更情況發(fā)生時(shí)，運(yùn)用三維草圖能很好地解決頻繁修改模型及裝配約束的問題，不僅提高了工作效率，同時(shí)也大大降低了出錯(cuò)率。第二，總布置圖總布置圖能清晰地體現(xiàn)出各零部件之間的裝配或連接關(guān)系。為后續(xù)的評(píng)估審核提供便利[5]。第三，總布置圖便于復(fù)雜項(xiàng)目的協(xié)同開發(fā)。尤其是對(duì)于需要多人共同開發(fā)的非標(biāo)模組，總布置圖能很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息的傳遞、共享、繼承和變更。綜上所述，使用自頂向下的裝配設(shè)計(jì)方法，建立參數(shù)化的三維草圖模型，節(jié)約了設(shè)計(jì)成本，縮短了設(shè)計(jì)周期，從而提高企業(yè)的競(jìng)爭力和快速應(yīng)變能力[6]。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇國霞.CATIA軟件在汽車研發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].硅谷,2014,7(01):25-26.

[2]張長.基于CATIA軟件平臺(tái)的自頂向下參數(shù)化裝配設(shè)計(jì)[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007(01):83-85.

[3]吳永明,馮培恩,潘雙夏,陳定方.一個(gè)支持top-down設(shè)計(jì)的產(chǎn)品建模系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),1999(01):50-53.

[4]蔣麗.CATIA軟件二次開發(fā)基礎(chǔ)技術(shù)[J].汽車工程師,2016(04):38-41.

[5]張銳.基于CATIA的參數(shù)化建模及虛擬裝配設(shè)計(jì)[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2014(12):26-28.

[6]陳小亮,姜楠楠.CATIA軟件在汽車總布置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].河南機(jī)電高等專科學(xué)校學(xué)報(bào),2016,24(01):4-7.

作者：杜敏 單位：天津力神電池股份有限公司