淺談CATIA軟件各模塊在線束設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

衛(wèi) 強(qiáng)，谷孝衛(wèi)，王龍波，梁靖汶，呂自國(guó)，宗喜旺，王海晶

（1.河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030；2.包頭北奔重型汽車(chē)有限公司）

汽車(chē)線束作為汽車(chē)整車(chē)用電器零件的 “血管”，在整車(chē)電器零部件設(shè)計(jì)中與其它零件布置基本上都同時(shí)進(jìn)行，在整車(chē)線束布置中因涉及整車(chē)電器零件、內(nèi)飾、鈑金結(jié)構(gòu)，同時(shí)考慮周?chē)h(huán)境等使得線束布置非常繁瑣，CATIA軟件的引入為整車(chē)線束開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)可靠的平臺(tái)支持。

CATIA是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application的縮寫(xiě)，是法國(guó)Dassault System公司的CAD／CAE／CAM一體化軟件，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、造船、機(jī)械制造、電子／電器、消費(fèi)品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，其特有的DMU電子樣機(jī)模塊功能及混合建模技術(shù)更是推動(dòng)著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力的提高。CATIA提供方便的解決方案，迎合所有工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小型企業(yè)需要:從大型的波音747飛機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)到化妝品的包裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品，在世界上有超過(guò)13000的用戶(hù)選擇了CATIA。CATIA源于航空航天業(yè)，但其強(qiáng)大的功能已得到各行業(yè)的認(rèn)可，在歐洲汽車(chē)業(yè)，已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。CATIA的著名用戶(hù)包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)，其用戶(hù)群體在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。它可為數(shù)字化企業(yè)建立一個(gè)針對(duì)產(chǎn)品整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程的工作環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中，可以對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的各個(gè)方面進(jìn)行仿真，并能夠?qū)崿F(xiàn)工程人員和非工程人員之間的電子通信。產(chǎn)品整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程包括概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程分析、成品定義和制造乃至成品在整個(gè)生命周期中的使用和維護(hù)。

該軟件主要以線束零部件設(shè)計(jì)為對(duì)象，在各零件設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)零件、線束布置、模擬干涉仿真等使得整車(chē)線束總成產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷大大降低，提高了線束產(chǎn)品的可靠性，加快了整車(chē)線束的開(kāi)發(fā)速度。電氣線束布置流程如圖1所示。

該軟件從應(yīng)用到目前為止經(jīng)歷了數(shù)個(gè)版本，目前大部分主機(jī)廠和線束供應(yīng)商都使用V5R20或者V5R21版本，下面針對(duì)線束開(kāi)發(fā)應(yīng)用到的各個(gè)模塊分別進(jìn)行介紹。

1）零件設(shè)計(jì)

零件設(shè)計(jì)模塊 （Part Design）提供了線束用實(shí)體零件設(shè)計(jì)功能，線束零件的實(shí)體設(shè)計(jì)都可以在此模塊中完成。該模塊應(yīng)用 “智能實(shí)體”的設(shè)計(jì)思想，廣泛使用混合建模、關(guān)聯(lián)特征和靈活的布爾運(yùn)算相結(jié)合的方法，允許設(shè)計(jì)者靈活使用多種設(shè)計(jì)方法，可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中或者過(guò)程完成后，對(duì)零件特征進(jìn)行處理，也可以在控制關(guān)聯(lián)性的裝配等其它模塊進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)及其更新，從而方便對(duì)線束總成零件的管理更改，如進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì)后期修改操作。且可以重復(fù)利用。該模塊圖形化的結(jié)構(gòu)樹(shù)可以清楚地表示出模型特征之間的層次結(jié)構(gòu)，能夠清晰明了影響設(shè)計(jì)更改的要素，在設(shè)計(jì)中可以對(duì)整個(gè)特征進(jìn)行管理，提高線束零件設(shè)計(jì)更改效率。

2）線架與曲面設(shè)計(jì)

線架與曲面設(shè)計(jì)模塊 （Wireframe and Surface Design）可以方便地完成線束附件不規(guī)則零件的設(shè)計(jì)，創(chuàng)建上下關(guān)聯(lián)的線架結(jié)構(gòu)特征元素和基本曲面。線架結(jié)構(gòu)特征元素和基本的曲面特征元素的使用，豐富了Part Design模塊，采用的基于特征的設(shè)計(jì)方法提供了高效直觀的設(shè)計(jì)環(huán)境，使得曲面設(shè)計(jì)和零件實(shí)體設(shè)計(jì)建立模型的快速完成。

3）裝配設(shè)計(jì)

裝配設(shè)計(jì)模塊 （Assembly Design）可以完成零部件之間的快速裝配，完成零件裝配后對(duì)整個(gè)零件總成或者產(chǎn)品的管理，可以對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行約束、干涉分析、斷面檢查及其他后續(xù)操作。利用樹(shù)結(jié)構(gòu)管理各個(gè)零件層次結(jié)構(gòu)。裝配模塊可以在線束前期布線設(shè)計(jì)中將復(fù)雜零件的分體裝配成一個(gè)總成零件，便于設(shè)計(jì)中對(duì)零部件調(diào)配使用。這一模塊的使用不但節(jié)約了同種零件在不同位置使用時(shí)的裝配時(shí)間，而且設(shè)計(jì)品質(zhì)得以大幅度提高。

4）電氣元件庫(kù)設(shè)計(jì)

電氣元件庫(kù)設(shè)計(jì)模塊 （ELB，即CATIA Electrical Library）用于電氣零件的創(chuàng)建和管理，如對(duì)線束護(hù)套、端子、線束護(hù)板、扎帶、卡扣、線束保護(hù)物（膠帶、海綿膠帶、波紋管、PVC套管）、導(dǎo)線等整車(chē)電氣零件進(jìn)行定義等。設(shè)計(jì)人員可以對(duì)線束的以上各零件進(jìn)行電氣定義后使之具有電氣零件屬性，在后期三維布線時(shí)可以方便調(diào)用，如需對(duì)電氣零件進(jìn)行修改，只需更新電氣元件里的零件即可實(shí)現(xiàn)。除管理電氣目錄庫(kù)外，還可以根據(jù)CSV文件中的電氣屬性及數(shù)字化電氣系統(tǒng)中的設(shè)備安裝匹配規(guī)則等定義，批處理方式生成導(dǎo)線定義，包括電氣特性和屬性，已經(jīng)在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)時(shí)集成電氣設(shè)備所需要的兼容管理等。

5）電氣線束安裝設(shè)計(jì)

電氣線束安裝設(shè)計(jì)模塊 （EHI，即CATIA Electrical Harness Installation）專(zhuān)門(mén)用于在三維虛擬環(huán)境下進(jìn)行電氣裝置物理形狀設(shè)計(jì)，在三維環(huán)境下電氣裝置之間可以很方便地進(jìn)行關(guān)聯(lián)，也可以很方便地修改。根據(jù)整車(chē)電器零件位置分布及周?chē)h(huán)境，對(duì)線束布置和走向進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，可有效避免線束設(shè)計(jì)缺陷。同時(shí)，對(duì)于不同電器零件的形狀、結(jié)構(gòu)及電氣屬性的更改后只需更新后保存，便于管理。讓設(shè)計(jì)人員可以充分享受電氣設(shè)計(jì)與機(jī)械裝配完全集成帶來(lái)的極大方便。

6）電氣導(dǎo)線布線設(shè)計(jì)

電氣導(dǎo)線布線設(shè)計(jì)模塊 （EWR，即CATIA Electrical Wire Routing）根據(jù)整車(chē)各個(gè)用電器信號(hào)的引腳定義，在數(shù)字化樣機(jī)中進(jìn)行線束中每根導(dǎo)線的布局定義和管理，專(zhuān)門(mén)用于電氣系統(tǒng)的物理形狀設(shè)計(jì)，可以幫助設(shè)計(jì)人員在三維虛擬環(huán)境下完成復(fù)雜的布線問(wèn)題，同時(shí)使鏈接物理電氣系統(tǒng)與其功能性定義成為可能。針對(duì)布線的廣泛性，該模塊提供了線束的三維設(shè)計(jì)功能，設(shè)計(jì)人員可以在虛擬環(huán)境特別是在虛擬維護(hù)操作過(guò)程中隨意提取物理導(dǎo)線的功能性用途。

7）電氣線束展平設(shè)計(jì)

電氣線束展平設(shè)計(jì)模塊 （EHF，即CATIA Electrical Harness Flattening）可以將電氣線束安裝設(shè)計(jì)模塊創(chuàng)建的三維布線圖按照設(shè)計(jì)人員的意圖進(jìn)行展平，生成相關(guān)的比例為1∶1的用于制造或者測(cè)試的二維工程圖紙，以便進(jìn)行檢查和歸檔，二維工程圖紙可以保存為各種線束設(shè)計(jì)軟件相兼容的格式。該模塊提供了一整套工具來(lái)根據(jù)位置處理線束的不同線束以得到多種解決方案，允許設(shè)計(jì)人員根據(jù)需要來(lái)確定線束彎曲狀態(tài)。而電氣線束安裝設(shè)計(jì)所定義的3D機(jī)械約束關(guān)系依然保留，因此，不管線束各個(gè)主干或者分支調(diào)整到什么狀態(tài)，該線束段的彎曲半徑和長(zhǎng)度仍然被約束，這一關(guān)聯(lián)約束，便于三維更新后的線束展平同步更新。

同時(shí)，CATIA軟件零件保存格式支持UG／PROE／SOLIDWORKS等，方便設(shè)計(jì)人員調(diào)用。

某轎車(chē)?yán)肅ATIA軟件各模塊進(jìn)行的三維布置圖例如圖2所示。

8）結(jié)束語(yǔ)

在整車(chē)線束開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于零件的修改可能會(huì)導(dǎo)致整車(chē)線束的數(shù)輪修改，所以設(shè)計(jì)人員一定要認(rèn)真把前期的建庫(kù)等工作準(zhǔn)備充分。做好前期的準(zhǔn)備工作可以大大提高線束后期的設(shè)計(jì)及維護(hù)效率，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。在線束布置過(guò)程中反復(fù)進(jìn)行干涉分析檢查，對(duì)于提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)品質(zhì)尤為重要，同時(shí)該軟件可以與其它第三方軟件建立接口，進(jìn)行各種設(shè)計(jì)分析和各種報(bào)表輸出等。隨著CATIA這一軟件優(yōu)勢(shì)的日益凸顯，相信在不久的將來(lái)一定能夠被更多的主機(jī)廠和線束供應(yīng)商應(yīng)用和推廣。

［1］Catia在協(xié)同設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［Z］.