CATIA特征模板在保險杠設(shè)計中的應(yīng)用

付赫濤、王雪

（1.長春富晟汽車飾件有限公司 130000，2.吉林省機電設(shè)計研究院 130000）

1 參數(shù)化設(shè)計概述

1987年，PARAMETRIC-TECHNOLOGYPTC-PTC美國參數(shù)技術(shù)公司推出了以參數(shù)化、變量化、特征設(shè)計為基礎(chǔ)的新一代實體造型軟件PRO/E后，CAD業(yè)界內(nèi)才真正認識到參數(shù)化設(shè)計的力量，CATIA、UG等軟件紛紛引進參數(shù)化設(shè)計功能。目前參數(shù)化設(shè)計技術(shù)大致可以分為3種方式[1]。

（1）基于幾何約束的數(shù)學(xué)方法。該方法主要應(yīng)用于水平和垂直方向約束的場合，適用于功能性機加產(chǎn)品的設(shè)計。

（2）基于幾何原理的人工智能方法。該方法是利用專家系統(tǒng)，對圖形中的幾何關(guān)系和約束進行理解編譯，運用幾何原理推導(dǎo)出新的約束。這種方法開發(fā)難度大，應(yīng)用平臺復(fù)雜，開發(fā)速度慢，交互性不好，因此未在汽車設(shè)計領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

（3）基于特征模型的造型方法。該方法基于特征模型的造型方法，是三維結(jié)構(gòu)造型方法的新方向，目前已經(jīng)初步應(yīng)用在汽車車身和外飾件的結(jié)構(gòu)設(shè)計中。

CATIA作為三維設(shè)計軟件的后起之秀，在基于特征的參數(shù)化造型方面，尤其是在汽車外飾產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，具有較大優(yōu)勢?；谔卣鞯膮?shù)化造型技術(shù)，主要優(yōu)勢如下。

（1）重復(fù)相似設(shè)計可套用模板完成，速度快。

（2）修改設(shè)計只需修改對應(yīng)參數(shù)，效率高。

（3）將設(shè)計規(guī)則參數(shù)化，不易漏項和出錯。

2 基于特征的參數(shù)化建模產(chǎn)品舉例

上文已經(jīng)談到，基于特征模型的參數(shù)化造型方法，適合汽車外飾產(chǎn)品的設(shè)計。因為這種設(shè)計方法采用了GSD（幾何體構(gòu)造法）的形式，以不規(guī)則幾何圖形輸入為特征，記錄了造型過程中每一個操作特征的關(guān)系。本文以保險杠產(chǎn)品上的拖車鉤蓋功能模塊為例，說明其參數(shù)化設(shè)計過程。

2.1 基于特征的參數(shù)化建模思路

設(shè)計一個參數(shù)化的特征模板，一般遵循以下幾個基本步驟。

（1）將復(fù)雜零件模型逆向分解為不可再分解的多個原始特征。

（2）將原始特征正向逐步編制成若干個過程特征，通過它們之間的布爾運算或邏輯運算，最終形成所需要的特征模板（或模板的一部分）。如有必要，根據(jù)邏輯順序編制參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。

（3）在文件中插入POWERCOPY命令，完成參數(shù)化（這也是參數(shù)化模板是否有效的第一次驗證）。

（4）編制程序邏輯表，確定各個參數(shù)和函數(shù)之間的關(guān)系，以便隨時根據(jù)需要修改參數(shù)和函數(shù)。

（5）以變化了的原始特征重新輸入模板，驗證模板的通用性。

2.2 保險杠拖車鉤蓋模塊原始特征求解

拖車鉤蓋是為了方便安裝拖車鉤，在保險杠面罩上開一個略比拖車鉤大的孔，然后用一個孔洞形狀的蓋板安裝上去，方便美觀。這個模塊普遍應(yīng)用于現(xiàn)代乘用車保險杠的設(shè)計中，是保險杠面罩上最容易分離的設(shè)計模塊。某車型采用的拖車鉤蓋結(jié)構(gòu)如圖1所示，我們以這種結(jié)構(gòu)為例，展示特征模板的參數(shù)化過程。

圖1 國內(nèi)某車型拖車鉤蓋結(jié)構(gòu)

圖2 拖車鉤蓋結(jié)構(gòu)的建模思路

首先進行拖車鉤蓋產(chǎn)品的設(shè)計條件梳理，梳理出原始特征和過程參數(shù)。原始特征和過程參數(shù)是從設(shè)計規(guī)范、法規(guī)要求等條件中提取出來的，要盡量包含所有的條件和要求。設(shè)計和條件要求中的基本特征越多，后續(xù)的程序設(shè)計就越容易。反之，掃描特征越多，給后續(xù)的程序設(shè)計帶來的難度就越大。拖車鉤蓋的建模思路總結(jié)如圖2所示。

圖3 拖車鉤蓋本體的組成部分劃分

2.3 保險杠拖車鉤蓋的建模步驟

通過前文中已經(jīng)完成的各設(shè)計條件的梳理，找出了原始特征和各過程參數(shù)。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可以將整個產(chǎn)品分為幾個部分，以其中一個部分的建模編程做說明演示。拖車鉤蓋結(jié)構(gòu)可分為拖車鉤蓋本體和翻邊結(jié)構(gòu)兩個部分，而本體部分又可分為多個部分（圖3）。

下面以主體結(jié)構(gòu)的編程為例，說明拖車鉤蓋產(chǎn)品的參數(shù)化編程過程。詳見表1。

經(jīng)過表1的編程，可由原始特征驅(qū)動若干個參數(shù)，形成蓋主體結(jié)構(gòu)。上述8個步驟編程所組成的一個小節(jié)程序，只是組成拖車鉤蓋20個小節(jié)程序中的一個。各個小節(jié)程序通過若干特征和參數(shù)進行接口，最終形成拖車鉤蓋特征模板。整個拖車鉤蓋特征模板共有程序418步。

表1 蓋主體結(jié)構(gòu)編程表

2.4 特征模板的實踐驗證

為了驗證拖車鉤蓋特征模板的可行性，我們用3個曲面驗證其運算程序。輸入條件及運算結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，通過輸入條件曲面的變化，模板能夠自動調(diào)整為相應(yīng)的產(chǎn)品形狀，適應(yīng)性能較強[2]。經(jīng)過多款自主產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)驗證，此特征模板完全能夠應(yīng)用于實際設(shè)計工作，提升了保險杠模塊化設(shè)計的效率。

3 結(jié)束語

基于特征的參數(shù)化模板最大的優(yōu)勢在于，利用相似的結(jié)構(gòu)模板，在原始特征變化的前提下，一樣可以自動運算出模型結(jié)果。如果進行結(jié)構(gòu)調(diào)整，也只是改變相應(yīng)的參數(shù)，很大程度上節(jié)約了重復(fù)設(shè)計的工作量。在保險杠模塊化的設(shè)計中，有很多相似的結(jié)構(gòu)重復(fù)運用。相信在更多模塊化結(jié)構(gòu)中應(yīng)用了基于特征的參數(shù)化模板，可以進一步提升設(shè)計效率。

圖4 拖車鉤蓋特征模板的可行性驗證