前言
车身产品设计过程是一项复杂的活动。由于各部分零件之间有较强的配合关系，对某一零件的修改往往会影响到许多相关零件的修改；汽车造型设计的过程是一个不断修改不断完善的过程，第一版CAS到最后的A面会有几次变更的过程，造型与最初的构思也会有不一样的地方，甚至大相径庭，这是一种很正常的现象；CAE分析结果和工艺反馈也使得结构设计需要修改。传统的设计过程是先利用三维软件设计好零件，再应用软件的装配功能进行装配，得到设计的产品或部件总成。这限制了设计的可更改性，需要车身结构反复的修改，不断的修改设计将造成零件设计的改动工作量非常巨大，不利于提高设计效率和设计质量。自顶向下的参数化设计方式只需要替换造型面、总布置图、安装硬点等重要数据和修改相关参数，就可以自动或通过少量修改迅速的完成底层零件结构的修改更新，甚至只需要替换数据库内结构类似的数据的输入参数完成零件建模，实现了产品的快速设计、快速更改和并行设计。
1、自顶向下的设计方式
自顶向下的设计过程，设计是从产品整体的要求出发，在设计的初期就考虑总成中零件的分块关系和零件与零件之间的约束关系，在完成产品的整体概念设计之后，再实现单个零件的详细设计。自项向下的设计已是公认的符合人们思维习惯的设计方式，也是当今CAD软件设计发展的潮流。
汽车整体按其结构和功能可以分解为若干个子系统，每一个子系统完成一定的功能，子系统和零部件之间的关系是一种树形关系，零件是功能和结构的最基本单元。首先由上游的设计目标转化为造型、总布置图等相关设计要求，这些设计要求通过断面转化到车身设计中，再通过关联传递到零件中，转化为零件的设计需求，为零件设计提供自顶向下的控制。由上级总成对下级零件提出设计要求，下级零件的设计中将上级总成的要求看成是设计输入，建立关联驱动和参数驱动的产品模型，当上级总成对下级零件的要求改变时，下级零件能够根据新的关联和参数自动或通过少量修改迅速的完成更新修改。
根据上面的分析，要通过CATIA的参数化技术对各个零件进行详细设计，首先是为各个子系统建立一个断面Part，并给断面Part和相关零件Part建立一个Product，方便零件Part关联断面Part内的Publication数据。接下来是对各零件进行具体设计，同时还必须协调各零件之间的约束关系，这样设计出来的零部件才能更好地实现自项向下更新的设计功能，才能为后续改进设计提供保证。
从功能分解的角度看，自顶向下的设计方法是将汽车车身的设计要求，由上至下，逐层分解到零部件的性能，形成零部件的设计需求。从结构分解的角度看，自顶向下的设计方法是一个自上而下、逐步求精的迭代过程，是一个设计约束不断分解、传播与满足的过程。
现代的汽车车身设计要求尽可能的加快产品的设计进度，往往采用并行设计的方法。采用了自顶向下的设计方法后，零部件的设计可以看成是一个模块化的、函数化设计。由于总成中零件的概念设计、分块等主要参数都在断面Part中定义，而详细设计在零件Part构建，通过修改断面Part中的输入条件和参数，零件Part会自动或通过少量修改迅速的完成更新，使得零件Part详细设计可以在概念设计完成之前开始实施，甚至可以借用数据库中的已有数据，使产品设计可以并行开展。
自顶向下是一个设计思想，自顶而下、由整体到局部，一种能够实现后期细化调整以及并行开发的方法。参数的传递则是可以实现这种思想的一种手段，而CATIA的参数化设计方法实现了这个需求。
2、CATIA参数化设计
CATIA软件提供了一个参数化产品设计的平台，把概念设计与详细设计的变化自始至终的贯穿到整个产品设计过程中，可使工程师实现整个设计过程遵循自项向下的设计方式。
参数化设计不同于传统的设计，它储存了设计的整个过程，能设计出一组而非单一的在形状和功能上具有相似性的产品模型。
2.1 软件的设置
2.1.1 在结构数中显示参数值及公式，如图1所示。
图1 参数值及公式
2.1.2 在结构数中显示约束、参数、关联，如图2所示。
图2 约束、参数、关联
2.1.3 在Product中，带参数进行外部引用，因参数更改较多，建议手动更新。如图3所示。
图3 手动更新
2.1.4 新建所需要的参数
点击f(x)图标，进入Formula对话框，新建所需要的参数，如图4所示。
图4 新建所需要的参数
2.2 参数化建模的零件树的介绍
如图5所示：
[Final_PartBody]用来存放实体结果；
[Fillets_Model]用来存放片体结果；
[Input_Data]存放和初步处理输入数据，输入数据以Name(Date)的形式整理存放，方便后期替换修改；
[Thickness_Direction]用来存放冲压方向数据；
[Layout]：Typical Section和Layout存放空间；
[Referance_Data]：储存设计时参考数据的空间，只做参考不能利用Referance Data生成新的Element；
[Main_Modeling]：是建模的空间。
[Fillets]：利用完成的Final Edge Model做Fillet Operation的空间；
[H/W]：保存H/W(Weld Nut，Bolt)的空间；
[DWG]：做出2D Drawing作业需要的Section或Element并保存的空间；
[Temp]：建模过程中发生的Temporary Data空间被删除也不能对Final Body有影响。
图5 零件树
2.3 实现参数传递的方法
CATIA参数化设计的建模分断面Part和零件Part两部分。断面Part里主要是对造型输入和总布置输入进行处理，将各分总成的造型面、造型线和总布置信息链接到断面，进行布置设计。在这里，输入是造型和总布置图等，输出是断面。零件Part里是详细完整的结构特征设计，比如设计车身A柱内板结构，这是车身设计的最底层，前面的断面Part是输入，输出的是具体零件。
2.3.1 Part内部参数的传递
CATIA具有完善的参数功能，在Part内部可以对sketch中的元素进行几何相关性约束，如直线的长度，直线与圆弧相切等关系。这些关系表达了设计人员的设计思路，并且在此后的设计中可以对它进行修改，对于关键的尺寸还可以做参数关联（如图6所示），关联到绘图过程，通过草图控制建模过程，从而达到最直接的参数驱动建模的目的。
图6 参数关联
车身一般需要建立55-80个参数化的sketch断面（如图7、8所示），可以通过替换造型面，达到更新断面的目的，通过修改断面sketch中的相关参数，达到快速的调整断面结构的目的，避免了重复的断面绘制。
图7 参数化的sketch断面1
图8 参数化的sketch断面2
为了修改方便，一些重要的或者需要后期调整的过程尺寸也可以通过参数关联的形式控制。如图9所示，料厚信息在参数中体现。
图9 料厚信息在参数中体现
参数关联是参数化建模的一个重要手段，它可用来定义和控制模型中的大部分尺寸，对于汽车零件系列化设计有着重要的意义。
2.3.2 Part与Part之间的参数传递
将一个Part内的数据拷贝到另一个Part时候，使用Publication和Paste with link功能建立Part与Part间的数据关联，当父Part改变时，子Part中的引用元素随之变化，而与引用元素相关的子元素（如：偏移、延长等）也随之变化，实现Part与Part之间的参数传递。
2.3.3 Replace功能
当造型面、总布置图、安装硬点等输入发生变化时候，可以使用Replace功能替换以前的数据，快速的更改零件，实现输入改变时快速更新断面Part目的。同时也可以通过Replace功能替换Part内的结构，比如发动机舱内板加强筋的结构做了两个方案，可以使用Replace功能快速的在发动机舱内板中替换两个方案。
3、自顶向下的建模方法在车身设计中的应用
在某一平台轿车的设计中，需要获得更大的后排腿部空间，腿部空间的改变会带来R点的向后移动、下车身尺寸增长，和上车身造型的改变，利用CATIA的参数化设计可以通过输入替换和参数修改来实现车身的迅速调整。
3.1 下车身的更改
下车身布置断面可分为机舱、前地板和中后地板三部分，此次更改的方案是中地板后移，因此只需修改中后地板部分的布置断面，如图10所示。
图10 中地板部分的布置断面
此草图是中地板部分的布置断面，输入参数是总布置图和底盘安装硬点，可以看出中地板凸起位置对腿部空间后移起决定性作用，而凸起位置点是与R点关联的，因此只需使用Replace命令把总布置图替换，中地板和周边搭接件的断面就会相应的向后移动。相同的，更新安装硬点，车身断面会相应的更新。而零件Part是通过Publication和Paste with link命令关联到布置断面的，断面的改变将会带动零件Part的更新，这样通过参数的传递，可以在几个小时甚至几分钟内完成此方案下车身部分的修改。
3.2 上车身的更改
上车身部分，造型发生了变化，导致上车身的断面发生变化，仅以项盖后风挡处为例，如图11所示。
图11 项盖后风挡处
此断面的输入是后风挡、顶盖造型面和分缝。顶盖的第一道翻边是与顶盖造型面、顶盖分缝关联的，风挡涂胶面是与玻璃面关联的。只需使用Replace命令把输入数据替换，断面会自动地更新。造型面的改变和断面的更新会传递到零件Part，实现零件Part的更新。
3.3 Part详细结构的调整和更改
对于零件细节的改变，可以通过Part内部的参数修改，如图12所示。
图12 Part内部的参数修改
此件是内饰顶棚安装支架，筋的宽度、深度可以通过草图进行可视化的调整，这样零件的细节特征可以很方便地随时修改。孔的位置和孔径尺寸是内饰提供的输入，将孔两侧筋的位置、零件上下切边与孔心位置和孔径尺寸关联，当内饰安装点改变时，孔两侧筋的位置、零件上下切边也随之改变，实现了细节特征的自动修改，这样的好处是在设计的初期就可以对零件的细节进行设计，后期可以自动更改或者通过简单的操作手动更改，实现了同步工程。如果零件结构与数据库中已有零件的结构相似，可以借用数据库内结构类似的数据，通过替换输入和小量的修改实现零件的快速建模。
4、结论
利用CATIA的参数化功能可以方便地建立自顶向下的产品模型。通过父代替换和参数修改功能，节省了工程师大量地反复修改和反复建模的时间，消除了传统设计中的一些反复劳动，使工程师有更多的时间完善数据；通过对零件库内已有零件的借用，实现了快速设计，提高了设计效率；由于可以父代替换和参数化修改，更早地进行细节设计变成了可能，从而实现并行工程，缩短了设计周期，使人力、物力和时间大为节约。
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