1、CATIA汽車行業應用簡介鄧志宇 2012 8 10AgendaCATIA在汽車行業整體解決方案-通用汽車設計通用汽車設計簡介CATIA汽車行業主配置/模塊簡介CATIA 特色模塊IMA/ICEM/NTS-汽車曲面設計Dymola/SystemEngineering-汽車電子控制設計知識工程-汽車定制化基礎Q&A3汽車行業的涵蓋領域 CATIA是汽車工業的事實標準，是歐洲、北美和亞洲頂尖汽車制造商所用的核心系統。CATIA 在造型風格、車身及引擎設計等方面具有獨特的長處。 轎車 房車跑車賽車重型卡車卡車 & 大客車大客車輕型卡車42 輪摩托助力車 摩托車 供應商一級供應商 二級供應商三級供應商

2、發動機5創成式汽車設計通用汽車定義 :與主機廠和供應商一起開發的全虛擬設計產品與仿真生產流程的模型，以便為客戶提供更具創新、更低價格的產品. 基于汽車共性,重用 & 早期概念設計6創成式汽車設計通用汽車設計的的目標是將汽車設計流程中每個步驟的子系統集成在一起，實現設計模板7創成式汽車設計“產品-流程-資源 綜合”設計/訂單概念設計詳細設計總成制造維護8設計/訂單概念設計詳細設計總成制造維護汽車行業的設計流程車身工程流程：1、外部定義階段2、初步可行性分析階段3、詳細可行性階段4、數學模型建立階段5、試生產階段6、試驗階段7、大批量生產階段9創成式汽車設計-概念設計(一)逆向和自由曲面造型被測數

3、據物理掃描點云處理逆向設計檢查結果交付使用逆向工程和自由曲面造型允許設計者根據輸入的數據來設計產品或進行產品改型和創新。這種設計不僅僅可以實現精確的設計和實現快速成型的數據，還可以讓實物變成為數字化數據。10創成式汽車設計-概念設計(二)逆向和自由曲面造型Digitized Shape Editor逆向點群編輯模塊根據導入的數字數據經由仿真分析、整理及橫向斷面、曲面線、邊界點、來檢驗曲面的質量 Quick Surface Reconstruction快速曲面重建模塊在導入點群編輯模塊的數字數據后能快速并輕易的重新建立曲面 Freestyle Shaper 2自由曲面模塊醍提供設計者的基本曲面造

4、型工具能完成造型及曲面。 FreeStyle Optimizer 2自由曲面優化模塊進進階運用自由曲面模塊的造型及曲面功能完成接合多樣且復雜的曲面。 DSEQSRFSSFSO11創成式汽車設計-概念設計(三)逆向和自由曲面造型ICEM 所提供的尖端技術，確保用戶在當今競爭激烈的全球市場上，能生產出一流的產品。被公認為建立和修改A級曲面首選系統的 ICEM Surf，能滿足從美學設計人員到生產工程師等所有人的需求。ICEM Surf的柔性產生了當今設計環境所需的高質量曲面，并大大縮短了整體設計時間。 12ICEM產品配置/CATIA V5R20前 Shape Design CenterShape

5、 DesignForm(SDF)Shape DesignTheme(SDT)Shape DesignRendering(SDR) Shape DesignReal Time(SDD)Shape DesignScan(SDS)Shape DesignQuick Surfacing(SDQ) ICEMIGES ICEMSTEPInterfacesICEM R&D projectJOINT R&D projectShape Design Expert (SDE)Shape DesignAdv. Diag.(SDA) Shape DesignSafety Diag.(SSA) ICEMUG-NX IC

6、EMIDEAS13附加模塊直觀的多邊型建模工具能夠快速創建、編輯、優化外形曲面。既可以從概念出發也可以基于物理模型以2D草圖為基礎創建3D線框/曲面模型高級渲染，具備光線追蹤的渲染能力，創建出真實效果的圖片或視頻Shape DesignForm(SDF)Shape DesignTheme(SDT)Shape DesignRenderer(SDR) 14附加模塊Shape DesignScan(SDS)Shape DesignQuickSurfacer(SDQ)Shape DesignReal Time(SDD) 處理3D掃描數據.從3D掃描數據中半自動生成曲面創建動態的照片級圖片、真實的視頻1

7、5ICEM產品配置/CATIA V5R20后ICM - ICEM Shape Design CenterISD ConfigureIEX - ICEM Shape Design Expert 16創成式汽車設計-白車身設計(一)17白車身一般可以用混合造型設計模塊（HD2）來完成。白車身設計產品是對CATIA方案中已有的混合造型技術的補充；是對設計類似于汽車內部車體面板和車體加強筋這樣復雜的薄板零件提供了新的設計方法?？墒乖O計人員定義并重新使用設計和制造規范，通過3D曲線對這些形狀的掃掠，便可自動地生成曲面，結果可生成高質量的曲面和表面，并避免了耗時的重復設計。創成式汽車設計-白車身設計(二)

8、車身總體尺寸和形狀以及承載的結構型式確定后，即可著手進行細致的車身結構設計和分析。18創成式汽車設計-白車身設計（三）白車身設計功能模板接合設計拉延筋設計“空心座椅“特征設計開孔設計翻邊設計19創成式汽車設計-白車身設計(四)創成式零件和裝配結構分析（GPS、GAS）允許設計者對零件進行快速的、準確的應力分析和變形分析。所具有的明晰的、自動的模擬和分析功能，使得在設計的初級階段，就可以對零部件進行反復多次的設計和分析計算，從而達到改進和加強零件性能的目的。通過為許多專業化的分析工具提供統一的界面，該模塊也可以在設計過程中完成簡短的分析循環。又因為和幾何建模工具的無縫的集成而具有完美的和統一的用

9、戶界面，為產品設計人員和分析工程師提供了一種簡便的應用和分析環境。 創成式結構分析可以實現對各種類型裝配件結構的應力分析和振動分析，其中零件類型可以是曲面、實體、線框或者混合模型結構。用戶可以在短時間內實現快速、高質量的設計和分析。 GASGPS一般車身結構分為剛性結構和彈性結構；車身前后部為彈性結構而中部為剛性結構，才能確保乘員安全。故在車身開發的前期階段，CAE分析尤為重要。20創成式汽車設計-白車身設計(五)嵌入式CAE分析改變了過去設計完再進行整機分析的做法，而是在功能部件、甚至重要零件層級對設計出來的產品進行產品的有限元分析。保證了沒有個零件/部件在設計上是正確的，從而減少了在最后分

10、析的時候才發現問題而導致的產品重新設計的流程。節約了設計時間。一體化的設計/分析消除了數據傳遞帶來的錯誤與誤差。夠與CATIA的其它設計工具進行融合從而提供更強的設計能力。通過對計算/分析數據的保存，可以方便其它工程師了解部件/零件的分析狀態，從而為進一步分析工作提供信息。21創成式汽車設計-白車身設計(六)通過協同設計，可以減少以往在串行設計中的不同部門之間的設計反復的問題，提高設計效率，減少設計時間。CATIA的協同設計工具，是基于CATIA的開放平臺技術開發的，不僅提供了設計人員之間的相互溝通與交流的即時信息平臺，還提供了對特征、設計樹等設計要素的傳遞的功能CATIA自動識別設計過程中傳

11、遞的特征的關聯關系。自動將相互關聯的元素添加到傳遞流程中。CATIA協同設計工具，為企業提供了P2P的設計環境，減少了設計瓶頸產生。增強了設計環境中的知識共享。減少了設計中的一些嚴重缺陷的產生22創成式汽車設計-車身、飾件、底盤、發動機設計車身覆蓋件內飾件底盤發動機創成式汽車設計 汽車總體設計 內飾&外飾 底盤 發動機通用的混合造型工具，使創成式汽車外形設計得以快速完成！23Logical & Wiring SchematicsWiring SchematicsAutomotive & AerospaceIndustrial ProductConsumer GoodsYachting PHYS

12、ICAL DesignMANUFACTURING Doc.LOGICAL DesignElectrical Design & DocumentationP1XMLElectrical LibraryElectrical Harness FlatteningP2P2Electrical Harness InstallationP2Electrical WireRoutingP2 CAA & XML CAA & XMLFlex Simulation Add-onP2High Tech EEElectronic DesignCircuit Board DesignP1IDF創成式汽車設計-電氣、線束

13、設計（一）24創成式汽車設計-電氣、線束設計（二）Connector and protection Definitions快速便捷地定義電器零部件在對應的庫里，以便以后能迅速地調用。Spare reservation設計者可以初步快速地在預留的空間位置上定位電纜的走線方式。Detailed wire harness design通過原理圖來驅動電器附件的放置和調整電纜；包括卡箍、保護外皮等；Using Flex Algorithm通過放置電纜松緊帶，我們可以在電纜放樣區域精確模擬電纜的實際分布情況；從而幫助我們避免以后的干涉情況。汽車電氣設計流程25創成式汽車設計-電氣、線束設計（三）Elec

14、trical wire Routing在已有的電纜通道上，通過原理圖自動生成其內部電線的排布。汽車電氣設計流程Harness Flattening and optimization方便快速地展開電纜整和了其他CATIA模塊，如FTA ，能在展開的電纜上標注和注釋，使我們能更清楚點了解和分析電纜。Harness Documentation通過標準的GVS來自動生成電纜圖及標注。Harness Modification and synchronization電纜設計的同步，避免了電纜修改過程中的時間損耗，提高設計效率。26創成式汽車設計-知識工程(一)知識工程的應用關聯設計公司或特殊行業的知識可轉

15、化為資本并集成到設計工具的內核中上下文設計27創成式汽車設計知識工程(二)在企業內部存在大量可以重用的設計經驗等CATIA提供了各種手段對這些設計經驗進行捕捉：設計特征捕捉與重用設計規則捕捉與重用設計思路捕捉與重用28通過三維人體模型可運用數字人體和電子樣車進行與人相關要素的模擬分析校核，如人的可操作性，舒適性，可視性等重要設計要素。 CATIA 的人體模型模塊（Manikin）為例簡要說明數字化三維人體模型的主要功能。該三維人體模型包括4 個子模塊：構造人體（Human Builder）模塊，生成可與產品相配合的人體模型；編輯人體尺寸(Human Measurement Edit)模塊，可對

16、人體模型的各部分的尺寸進行有比例地調整；人體動作分析（Human Activity Analysis）模塊， 對人肢體進行由靜態姿勢到復雜的動態動作的評價；人體姿態分析(Human Posture Analysis)模塊，進行人體各種姿態的分析。創成式汽車設計-人機工程（一）29創成式汽車設計-人機工程（二）人體模型包括有104 組人體測量數據；100 個無約束的連接；148 個自由度；各種姿勢輪廓；包含所有關節的手模型、脊椎模型、肩模型、臀部模型等模型；可表現關節活動的制約及動作運動的上下極限并可進行調節。此模塊具有如下幾方面用途：測量人體尺寸；視野分析；坐姿分析；運動舒適角度分析；伸及范圍

17、分析；舉升、放下和搬運分析；設計干涉檢查；運動模擬等。30創成式汽車設計-汽車總布置（一）汽車總布置設計總布置設計(又稱初步造型)，是將汽車各個總成及其所裝載的人員或貨物安排在恰當的位置，以保證各總成運轉相互協調、乘坐舒適和裝卸方便。為了保證汽車各部分合理的相互關系，需要定出許多重要的控制尺寸。在這個階段，需要繪制汽車的總布置圖，繪出發動機、底盤各總成、駕駛操作場所、乘員和貨物的具體位置以及邊界形狀；也包括零部件的運動(如前輪轉向與跳動)范圍校核。經過汽車總布置設計，就可確定汽車的主要尺寸和基本形狀。從最初硬點確定到整車各系統裝配（車身、內外飾除外一般由車型提供整車骨架直接裝配在整車坐標下），

18、運動校核（DMU）、駕駛員以及乘員舒適性評價和駕駛員視野（人機相關模塊）等都可以用CATIA做總布置設計。31創成式汽車設計-汽車總布置（二）32創成式汽車設計-汽車總布置（三）33創成式汽車設計-汽車總布置（四）342D模式的3D設計_ LO1創成式汽車設計-汽車總布置（五）2D layout for 3D model 模塊可以用于總布置階段。因為總布置前期主要是2D，然后再在2D基礎上實現3D，該模塊提供了一個將2D作圖和3D建模完全嵌套在一起的環境。LO1使設計師能夠工作在一個具備多視圖功能的熟悉的繪圖工作平臺上。用戶可以在創建包含幾何體的設計視圖時獲得大部分其他的關鍵功能，包括尺寸、標

19、注、修飾、2D組件和約束。35底盤各系統裝配：Assemble Design DMU NavigatorDMU Fitting Simulation運動仿真以及運動校核以及空間分析：DMU Kinematics和Space Analysis人機工程：Human BuilderHuman Measurements Editor Human Posture AnalysisHuman Activity Analysis 其他總布置中用到的模塊創成式汽車設計-汽車總布置（六）36BodyInteriorChassisPowertrainElectrical以用戶實際情況分析的各專業設計周期的縮短情況

20、：“關聯設計減少45%的設計周期”創成式汽車設計-關聯設計37創成式汽車行業解決方案（總結）創成式汽車設計S4 / 供應鏈協同企業級協同創成式工裝數字化制造 VPDM /工程 Hub xPDM 集成 工程數據包交換 汽車總成 擴展企業瀏覽 & 協同 汽車總體設計 風格設計到 Class A 白車身 內飾&外飾 底盤 電氣 發動機 白車身 裝配 發動機 加工 總裝 工裝夾具 模具 沖壓模 級進模Biding RFP/RFQ answerAPQP并行工程 利用 ST實現工程數據包交換 38V5 在前15家OEM 廠商中的應用“OEMs 開始在V5上進行完整的汽車開發項目”實際生產應用試驗項目進行中

21、或已完成評估階段或評估已完成 New Car Programs already started in V5概念風格設計白車身底盤發動機內飾電氣分析模具鑄造工裝夾具數控流程DelmiaSASDMUOEM 13OEM 3OEM 1OEM 2OEM 7OEM 5OEM 6OEM 8OEM 9OEM 10OEM 11OEM 14OEM 15OEM 12OEM 4AgendaCATIA在汽車行業整體解決方案-通用汽車設計通用汽車設計簡介CATIA汽車行業主配置/模塊簡介CATIA 特色模塊IMA/ICEM/NTS-汽車曲面設計Dymola/SystemEngineering-汽車電子控制設計知識工程-汽

22、車定制化基礎Q&ASTEP AP203+AP214 (ST1)STEP標準接口Space Analysis (SPA)空間分析2D Layout for 3D Design (LO1)用于3D設計的2D布局圖Knowledgeware Advisor (KWA)知識工程顧問FEM Surface 2 (FMS)曲面有限元分析2Kinematics (KIN)機構運動分析FEM Solid 2 (FMD)實體有限元分析2Fitting simulation (FIT)裝配模擬分析Generative Part Structural Analysis2 (GPS)創成式零件結構分析2Product

23、 Engineering Optimizer(PEO) 產品工程優化器Generative Assembly Structural Analysis 2(GAS)創成式裝配結構分析HD2 Configuration (HD2)混合設計包汽車行業標準解決方案SR1-結構設計客車等骨架設計SheetMetalDesign(SMD)車身鈑金件設計針對汽車行業的CATIA解決方案主要配置/模塊HD2 配置 混合設計包HD2 配置V4 Integration 2V4ICADAM Interface 1CC1Generative Shape Design 2GSDObject Manager 2COMPa

24、rt Design 2PDG IGES Interface 1IG1Assembly Design 2ASDKnowledge Expert 1KE1Generative Drafting 2GDRReal Time Rendering 1RT1Interactive Drafting 1ID1HD2 Hybrid Design Configuration主模塊說明-零件設計Part Design (零件設計模塊）主要特征：提供實體設計與曲面結合的強大混合模型能力，靈活的后參數3D設計可在裝配模式下草圖繪制和3D設計，并可控制其關聯性廣泛的特征功能和使用者自定義模式提供直觀式快速管理修改的工具

25、提供樹狀結構及歷史紀錄功能可生成設計模板，加速初始設計與改變直觀式零件結構編輯主模塊說明-創成式曲面設計Generative Shape Design (創成式曲面設計模塊）主要特征:與Part Design相同的特征結構樹和歷史紀錄，加速設計 參數化修改，提供直觀式快速管理修改工具強大的復雜曲面建模功能與Part Design形成混合建模的強大能力與Freestyle 整合完成Class A曲面主模塊說明-裝配設計Assembly Design (裝配設計模塊）主要特征:強大的零件組裝功能及靈活的物件導向操作模式以操作者為主體提供的自上向下及自下而上的組裝設計支持零件的組裝設計及各相關零件設

26、計之間的同步工程結合公司設計模版，縮短設計流程清晰的樹狀管理架構圖，更新快速，管理容易直觀的羅盤動態托拽功能與動態分析功能（早期簡單分析）自動產生零件的BOM表及爆炸圖支援大型復雜的零件組裝主模塊說明-工程圖Drafting（工程圖模塊）從三維模塊產生二維視圖，并且建立同步的實時關聯與鈑金模組配合,可直接生成板金展開視圖有完整的尺寸標注配置功能，并可自動生成靈活的多重視圖生成(斷面圖、局部放大圖、任意三維視圖的剖面圖等)可依據零件材質產生相關聯的剖面線支持多個通用工程圖標準，并且可自己建立客戶化的標準 主模塊說明-創成式鈑金設計Generative Sheelmetal Design （創成式

27、鈑金設計）提供強大的鈑金特征建構與編輯工具鈑金特征的自動識別即時的鈑金展開視圖提供鈑金參數、hole、筋的table design方式主模塊說明-結構設計Structure Design （結構設計）使用標準或用戶定義的截面簡單快速地創建線性、彎曲結構和板件包括由設計表格驅動的參數化標準庫，并能生成用戶定制的材料清單與其他模塊集成一起完成結構設計。如在結構單元和梁上執行應力分析主模塊說明-知識工程模塊KWA，KWE，PKT（知識模組集） KWA通過定義規則與公式，提高定義部件的柔性與可重用性。將設計知識融入產品設計過程，工程師可以將經過實際檢測的成功的建模的方法變成一個命令，方便以后遇到類似的

28、情況的時候進行調用。KWE通過定義規則檢驗集保證設計關鍵部位的正確性。將設計中常用的檢測自動化，以工程師可以接受的方式內嵌到設計中，在設計的過程中完成產品的自動檢測實現設計智能化。PKT/KT1生成封裝了幾何和知識特征的模板?？梢愿鶕唵蔚妮斎肷蓮碗s的相關的幾何元素以及知識組件為知識組件的發布定義基本環境主要模塊-DMU模塊SPA、KIN、FIT（DMU模組集）SPA在產品裝配中進行空間檢測，考慮產品在包裝，靜態情況下是否存在干涉，間距不足的情況。KIN在考慮運動副的裝配體中定義部件之間的相互運動關系，模擬產品遵循運動副約束的情況下的運動狀態，計算部件的運動參數，分析部件的干涉情況FIT定義

29、、模擬和分析產品的裝配過程。發現并定位產品中可能存在的干涉；檢測裝配過程中是否存在可能的干涉AgendaCATIA在汽車行業整體解決方案-通用汽車設計通用汽車設計簡介CATIA汽車行業主配置/模塊簡介CATIA 特色模塊IMA/ICEM/NTS-汽車曲面設計Dymola/SystemEngineering-汽車電子控制設計知識工程-汽車定制化基礎Q&ATIMEFRAMEPACKAGE & BRIEFProject validationCONCEPT DESIGNDesign freezeSURFACE REFINEMENTProject ExplorationENGINEERINGFinal

30、DataProductionTOOL DESIGNIntegrated solution - CATIAFasterBetterCheaperIndustrial DesignConcept DesignSurface RefinementClass-A SurfacingMechanical surfacesTech surf & BiWCATIA Icem | Integration & CollaborationIdeationConceptDetailed DesignSimulationValidationProcess/ToolsProductionIDEATIONSurfaces

31、 STYLED SurfacesMECHANICALSurfacesASSEMBLYSurfacesFrom concept phases to detailed design phasesIdeation Concept Details modelingPrototype validationClass AsurfacesBody In WhiteFastening & tools designSurface RefinementAutomotive Process overviewIndustrial DesignEngineering Design Design shapes mainl

32、y driven by functional & mfg constraintsDesign shapes mainly driven by visual appearance or aerodynamics Detailled volumesExterior & Interior design Class B to Class A transition areasDedicated CATIA product lines Ideation Concept Modeling Surface Refinement Prototype validation Technical Modeling F

33、asteningGenerative Shape DesignCompositesReverse EngineeringCATIA IcemImagine & ShapeFastenersFree StyleVisualizationIDEATIONSurfaces STYLED SurfacesMECHANICALSurfacesASSEMBLYSurfacesIndustrial DesignEngineering Design Design shapes mainly driven by functional & mfg constraintsDesign shapes mainly d

34、riven by visual appearance or aerodynamics CATIA Integrated Best-in-Class ICEM Surfacing technologyUnified Surfacing solution: Power | Precision | Flexibility Streamline Design & Engineering collaboration Keep Global Design Network ConnectedCATIA IcemPerfection in surface qualityCATIA Icem Shape Des

35、ign offerISX CATIA ICEM Shape Design Center & Expert1 Configuration2 Add-on productsICM - ICEM Shape Design CenterIEX ICEM Shape Design ExpertOn top ofOn top ofIDR Industrial Design RefinementISH - ICEM Shape DesignIEX - CATIA ICEM Shape Design ExpertICMIEXICA CATIA ICEM Class A Surface DesignFree S

36、tyle add-on or configuration1 base product2 add-on productsOn top ofENOVIA V6 BASEOn top ofOn top ofCATIA Version 5CATIA Version 6ISX CATIA ICEM Shape Design Center & ExpertIEX - ICEM Shape Design Expert ICM - ICEM Shape Design CenterFSS - Freestyle ShaperGS1 - Generative Shape Design 1 IG1 - IGES I

37、nterface ST1 - STEP Core Interface 1 V4I - V4 IntegrationCOM - CATIA Object ManagerConfigurationAdd-on productsICM - ICEM Shape Design CenterIEX ICEM Shape Design ExpertFSSFS2COMV4I IG1GDRFSSPHSSO2COMV4IIG1GDRRTRFSSFSOOn top ofOn top ofIDRFSS | FSO | FSPPHO | LREIMSTDDIDEISH - ICEM Shape DesignIEX -

38、 CATIA ICEM Shape Design ExpertICMIEXVPM - ENOVIA VPM CentralLIV - ENOVIA 3DLive ConfigurationENOVIA V6 BASEOn top ofSURMDEICA CATIA ICEM Class A Surface DesignIEX - ICEM Shape Design ExpertICM - ICEM Shape Design CenterFSO - Freestyle OptimizerFSP - Freestyle ProfilerFSS - Freestyle ShaperFSK - Fre

39、estyle Sketch TracerKE1 Knowledge Expert 1KT1 Product Knowledge Template 1GS1 Generative Shape Design 1RTR - Real Time RenderingMAT - CATIA Materials DefinitionIG1 - IGES InterfaceSST - CATIA Standard Step InterfaceV4I - V4 IntegrationCD1 - Instant Collaborative DesignVPE - ENOVIA VPM Physical Edito

40、rCATIA Icem Shape Design offerTechnical content detailsCATIA Version 5CATIA Version 6CATIA Icem highlights summaryCore modelingExplicit and feature based design allowedAssociative feature modelingIterative approximation during shape convergenceDynamic analysis toolsAdvanced modeling3D space organisa

41、tion toolsRich set of options in usual surface creation command (flange, blend)CATIA surface world empowered with ICEM Surf technologiesData optimizationCrv & surfaces conversion toolsExpert modelingClass A dedicated featuresAdditional analysis toolsFull compatibility with ICEM SurfBi-directional br

42、idgeDASSAULT SYSTEMES September 2007 Page71IMAs positioning in the CATIAPlastic part example DASSAULT SYSTEMES September 2007 Page72Current CATIA products not fully dedicated to Industrial DesignAllow dedicated tools to address specific needs of StylingTarget:Industrial process to be fully covered b

43、y CATIA productsIndustrial DesignStylists ActorsSurfacing Engineering ToolingCATIA ProductsIMAs Process positioningDASSAULT SYSTEMES September 2007 Page73IMA in short New product dedicated to Shape Creation for Industrial or Conceptual Design Very new concept breaking the traditional approach of surfacing Make it easy for a non surface specialist to act on a CAD syste Emotional translator“From ideas to 3D” es fast and easy Could be used in any domains needing fast surface creationRapid prototyping Idea expressionSimulations. Technologies: Subdivision Surfaces adapted