浅谈CATIA软件各模块在线束设计开发中的应用

卫 强，谷孝卫，王龙波，梁靖汶，吕自国，宗喜旺，王海晶

（1.河南天海电器有限公司，河南 鹤壁 458030；2.包头北奔重型汽车有限公司）

汽车线束作为汽车整车用电器零件的 “血管”，在整车电器零部件设计中与其它零件布置基本上都同时进行，在整车线束布置中因涉及整车电器零件、内饰、钣金结构，同时考虑周围环境等使得线束布置非常繁琐，CATIA软件的引入为整车线束开发提供了一个可靠的平台支持。

CATIA是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application的缩写，是法国Dassault System公司的CAD／CAE／CAM一体化软件，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子／电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要:从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品，在世界上有超过13000的用户选择了CATIA。CATIA源于航空航天业，但其强大的功能已得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业，其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。它可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。

该软件主要以线束零部件设计为对象，在各零件设计完成后，通过零件、线束布置、模拟干涉仿真等使得整车线束总成产品设计缺陷大大降低，提高了线束产品的可靠性，加快了整车线束的开发速度。电气线束布置流程如图1所示。

该软件从应用到目前为止经历了数个版本，目前大部分主机厂和线束供应商都使用V5R20或者V5R21版本，下面针对线束开发应用到的各个模块分别进行介绍。

1）零件设计

零件设计模块 （Part Design）提供了线束用实体零件设计功能，线束零件的实体设计都可以在此模块中完成。该模块应用 “智能实体”的设计思想，广泛使用混合建模、关联特征和灵活的布尔运算相结合的方法，允许设计者灵活使用多种设计方法，可以在设计过程中或者过程完成后，对零件特征进行处理，也可以在控制关联性的装配等其它模块进行草图设计和零件设计及其更新，从而方便对线束总成零件的管理更改，如进行灵活的设计后期修改操作。且可以重复利用。该模块图形化的结构树可以清楚地表示出模型特征之间的层次结构，能够清晰明了影响设计更改的要素，在设计中可以对整个特征进行管理，提高线束零件设计更改效率。

2）线架与曲面设计

线架与曲面设计模块 （Wireframe and Surface Design）可以方便地完成线束附件不规则零件的设计，创建上下关联的线架结构特征元素和基本曲面。线架结构特征元素和基本的曲面特征元素的使用，丰富了Part Design模块，采用的基于特征的设计方法提供了高效直观的设计环境，使得曲面设计和零件实体设计建立模型的快速完成。

3）装配设计

装配设计模块 （Assembly Design）可以完成零部件之间的快速装配，完成零件装配后对整个零件总成或者产品的管理，可以对各个零件进行约束、干涉分析、断面检查及其他后续操作。利用树结构管理各个零件层次结构。装配模块可以在线束前期布线设计中将复杂零件的分体装配成一个总成零件，便于设计中对零部件调配使用。这一模块的使用不但节约了同种零件在不同位置使用时的装配时间，而且设计品质得以大幅度提高。

4）电气元件库设计

电气元件库设计模块 （ELB，即CATIA Electrical Library）用于电气零件的创建和管理，如对线束护套、端子、线束护板、扎带、卡扣、线束保护物（胶带、海绵胶带、波纹管、PVC套管）、导线等整车电气零件进行定义等。设计人员可以对线束的以上各零件进行电气定义后使之具有电气零件属性，在后期三维布线时可以方便调用，如需对电气零件进行修改，只需更新电气元件里的零件即可实现。除管理电气目录库外，还可以根据CSV文件中的电气属性及数字化电气系统中的设备安装匹配规则等定义，批处理方式生成导线定义，包括电气特性和属性，已经在设计电气系统时集成电气设备所需要的兼容管理等。

5）电气线束安装设计

电气线束安装设计模块 （EHI，即CATIA Electrical Harness Installation）专门用于在三维虚拟环境下进行电气装置物理形状设计，在三维环境下电气装置之间可以很方便地进行关联，也可以很方便地修改。根据整车电器零件位置分布及周围环境，对线束布置和走向进行合理设计，可有效避免线束设计缺陷。同时，对于不同电器零件的形状、结构及电气属性的更改后只需更新后保存，便于管理。让设计人员可以充分享受电气设计与机械装配完全集成带来的极大方便。

6）电气导线布线设计

电气导线布线设计模块 （EWR，即CATIA Electrical Wire Routing）根据整车各个用电器信号的引脚定义，在数字化样机中进行线束中每根导线的布局定义和管理，专门用于电气系统的物理形状设计，可以帮助设计人员在三维虚拟环境下完成复杂的布线问题，同时使链接物理电气系统与其功能性定义成为可能。针对布线的广泛性，该模块提供了线束的三维设计功能，设计人员可以在虚拟环境特别是在虚拟维护操作过程中随意提取物理导线的功能性用途。

7）电气线束展平设计

电气线束展平设计模块 （EHF，即CATIA Electrical Harness Flattening）可以将电气线束安装设计模块创建的三维布线图按照设计人员的意图进行展平，生成相关的比例为1∶1的用于制造或者测试的二维工程图纸，以便进行检查和归档，二维工程图纸可以保存为各种线束设计软件相兼容的格式。该模块提供了一整套工具来根据位置处理线束的不同线束以得到多种解决方案，允许设计人员根据需要来确定线束弯曲状态。而电气线束安装设计所定义的3D机械约束关系依然保留，因此，不管线束各个主干或者分支调整到什么状态，该线束段的弯曲半径和长度仍然被约束，这一关联约束，便于三维更新后的线束展平同步更新。

同时，CATIA软件零件保存格式支持UG／PROE／SOLIDWORKS等，方便设计人员调用。

某轿车利用CATIA软件各模块进行的三维布置图例如图2所示。

8）结束语

在整车线束开发设计过程中，由于零件的修改可能会导致整车线束的数轮修改，所以设计人员一定要认真把前期的建库等工作准备充分。做好前期的准备工作可以大大提高线束后期的设计及维护效率，缩短产品设计周期。在线束布置过程中反复进行干涉分析检查，对于提高产品设计品质尤为重要，同时该软件可以与其它第三方软件建立接口，进行各种设计分析和各种报表输出等。随着CATIA这一软件优势的日益凸显，相信在不久的将来一定能够被更多的主机厂和线束供应商应用和推广。

［1］Catia在协同设计中的应用［Z］.