CATIA全称Computer Aided 3-D Interface Application，自20世纪80年代由法国Dassault System公司开发成功，便迅速壮大发展，目前已广泛应用于航空航天业，汽车制造工业，造船工业，厂房设计业，加工装配等各大行业。尤其在汽车制造工业领域，CATIA已成为欧洲汽车工业乃至北美、亚洲汽车工业事实意义上的行业标准，其客户涵盖了欧洲著名的汽车一线品牌，如宝马、奔驰、克莱斯勒等。CATIA在汽车风格造型，车身设计以及发动起引擎开发等方面提供了E2E（端对端）解决方案，可有效降低汽车研发设计复杂度和工作量，提高产品设计的标准化程度，加速汽车新车型新产品的上市进程，为新产品赢得更多地市场先机。
1 庞大的零件标准库及二次开发功能，加快汽车设计研发进度
作为传统制造工业的典范产品，汽车具有庞大的零部件系统，而这些零部件系统在长达一个半世纪的演化过程中已经高度标准化，而且汽车标准件在汽车全部零件数量中的比重也在不断地提高。CATIA V5系统提供了强大的标准化部件的应用功能-CatalogBrowser，该部件标准库可以大量降低研发设计人员的劳动强度，实现设计的预判性和前瞻性，加快汽车设计研发进度。更为重要的是，CATTA V5的CatalogBrowser具有极强地二次拓展性，众多汽车制造公司基于各自车型体系以及区域化的标准差异，基于CATIA V5提供的平台基础上进行二次开发设计，研发出更具针对性的自用标准件数据库。
自用标准件数据库事实上通过两个层级同时实现（图1）：一是创建标准件类型，确立标准件的父类(Parent Class)，以及标准件的属性信息。通过建立标准件的类型索引，可以方便具体设计人员检索或者调用标准件。二是在系统中创建标准件，建立标准件的三维数据模型以及参数化信息，并创建标准件类别(Catalog)。
图1 CATIA V5标准件数据库开发创建流程图
2 智能化的人机工程功能，解决人体舒适性和安全性问题
人机工程学是一门运用各种交叉学科，去研究机械运转过程中，人、机械及工作环境互相影响的交叉学科。现代汽车的研发设计过程中，尤其强调汽车工作期间，驾驶人员以及乘客所获得舒适感受以及行车安全等因素，也就是说在汽车研发设计阶段，就需要很好地解决“人机环境”之间的相互作用问题。CATIA V5率先提出了人机设计与分析的解决方案，并被集成为四大模块：人体模型构造器HBR，人体模型测量编辑HMF，人体姿态分析HPA以及人体行为分析HPA。
在汽车的人机工程中，人（包括驾驶员和乘客）和汽车是相互作用的主体。因此我们需要在充分了解人的身体和生理等各方面的参数后，根据汽车不同的工作形态，对汽车各方面功能进行人性化设计，使我们汽车产品能够最大程度上地满足驾驶人员和乘客的舒适性和安全性诉求。而在CATIA软件中，嵌入了大量基于人体测量学的数据源和理论系统，并通过这些人体测量学数据建立起参数化人（虚拟人模型），（图2）虚拟人模型拥有仿真的人体结构以及人体动力学和运动学特征。同时研发设计人员可以根据不同的设计目标在CATIA V5软件中植入人机特征评价模型，如人体舒适性，人体安全性或者人体可视性及可及性等评价体系。在此基础中，研发人员可以在特定的工作场景中进行各种各样的人机动态或者静态的仿真模拟。如果反馈结果是积极的且符合设计目标的，设计人员可以进行下一步的实施设计。如果反馈结果是负面的不符合设计要求的，设计人员可以及时的对设计参数进行修正，以达到不断优化设计的目的。
图2 CATIA V5人机分析流程简图
3 强大的知识工程，优化车身总布置设计
汽车车身总布置指研究汽车车身的部件布置以及其设计，是整车设计得的重要组成部分。传统车身总布置主要依靠设计团队的经验和手工绘制图纸。由于车身多为三维曲面结构，传统车身总布置设计存在精度不高，工作量巨大等现实问题。
CATIA V5作为全参数化的CAD软件，拥有一系列智能化的知识工程软件模块，如知识工程顾问，产品知识模块，产品工程优化等模块，在CATIV V5中，所有的College(知识)以参数，公式，规则，设计表等形式存在。运用CATIA V5强大的知识工程，可以构建全参数化的汽车模型以及人机互动模型，并通过知识工程模块实现车身总布置的不断优化。那么如何通过CATIV V5知识工程实现车身总布置的优化设计呢？首先，要率先建立车身坐标系，将虚拟车置于三维立体结构中，建立车身的X，Y，Z三维坐标体系。这样虚拟车身的任何一个结构点或者部位点都有一个且唯一一个三维坐标点与之呼应，通过三维坐标点也可以唯一确定车身某部位点位置。其次，要建立主要的参考平面，通过选定整车外形尺寸的控制要素（尺寸）并确立基准参数。最后是最为关键的是建立车身结构模型，通过运用知识工程模块中的参数以及上面提及的整车控制尺寸，生成整车车身总布置的控制参数，并将车身拆解成前部，中部，车尾分别建立相应的结构模型。为了实现车身及其总布置的精准设计，知识工程还具有Check（检查）功能，实现实时检验。如某参数在进行设定或修改活动时，若造成目标设计偏差（如整车尺寸），系统会自动报警。通过这种检查预警机制，可以将设计误差或者错误控制在设计前端。
随着汽车工业的不断发展和进步，基于三维设计、分析计算、动态模拟与仿真的CAD/CAM/CAE一体化软件功能的CATIA在汽车设计研发领域的应用不断深入。其全参数化的理念，以及强大的拓展和二次开发功能为广大的汽车研发设计者带来福音，通过高度标准化的零部件，智能化的人机仿真模拟以及强大的知识工程，可大幅降低汽车研发设计的繁杂度，降低研发成本，缩短研发周期，加快汽车新产品的上市进程。
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本文标题：CATIA软件在汽车研发设计领域的应用
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