CATIA特征模板在保险杠设计中的应用

付赫涛　王雪

摘要：近年来，随着不断快速更新的汽车市场需求，要求汽车零部件的设计和研发周期被进一步缩短，要求提升设计效率。就乘用车保险杠的设计而言，将保险杠面罩不同功能部分模块化，设计规范参数化，从而形成快速准确的设计模板和知识工程，可大幅度提升应用相似结构的设计效率，这样的设计方式已经在欧美设计公司中得到广泛应用。本文简要介绍了CATIA环境中参数化特征模板在汽车保险杠设计中的应用，以及基于造型特征的参数化建模技术。

关键词：CATIA;保险杠设计;参数化;建模

中图分类号：U462 文献标识码：A

1参数化设计概述

1987年，PARAMETRIC-TECHNOLOGYPTC-PTC美国参数技术公司推出了以参数化、变量化、特征设计为基础的新一代实体造型软件PRO/E后，CAD业界内才真正认识到参数化设计的力量，CATIA、UG等软件纷纷引进参数化设计功能。目前参数化设计技术大致可以分为3种方式。

（1）基于几何约束的数学方法。该方法主要应用于水平和垂直方向约束的场合，适用于功能性机加产品的设计。

（2）基于几何原理的人工智能方法。该方法是利用专家系统，对图形中的几何关系和约束进行理解编译，运用几何原理推导出新的约束。这种方法开发难度大，应用平台复杂，开发速度慢，交互性不好，因此未在汽车设计领域得到广泛的应用。

（3）基于特征模型的造型方法。该方法基于特征模型的造型方法，是三维结构造型方法的新方向，目前已经初步应用在汽车车身和外饰件的结构设计中。

CATIA作为三维设计软件的后起之秀，在基于特征的参数化造型方面，尤其是在汽车外饰产品设计领域，具有较大优势。基于特征的参数化造型技术，主要优势如下。

（1）重复相似设计可套用模板完成，速度快。

（2）修改设计只需修改对应参数，效率高。

（3）将设计规则参数化，不易漏项和出错。

2基于特征的参数化建模产品举例

上文已经谈到，基于特征模型的参数化造型方法，适合汽车外饰产品的设计。因为这种设计方法采用了GSD（几何体构造法）的形式，以不规则几何图形输入为特征，记录了造型过程中每一个操作特征的关系。本文以保险杠产品上的拖车钩盖功能模块为例，说明其参数化设计过程。

2.1基于特征的参数化建模思路

设计一个参数化的特征模板，一般遵循以下几个基本步骤。

（1）将复杂零件模型逆向分解为不可再分解的多个原始特征。

（2）将原始特征正向逐步编制成若干个过程特征，通过它们之间的布尔运算或逻辑运算，最终形成所需要的特征模板（或模板的一部分）。如有必要，根据逻辑顺序编制参数之间的函数关系。

（3）在文件中插入POWERCOPY命令，完成参数化（这也是参数化模板是否有效的第一次验证）。

（4）编制程序逻辑表，确定各个参数和函数之间的关系，以便随时根据需要修改参数和函数。

（5）以变化了的原始特征重新输入模板，验证模板的通用性。

2.2保险杠拖车钩盖模块原始特征求解

拖车钩盖是为了方便安装拖车钩，在保险杠面罩上开一个略比拖车钩大的孔，然后用一个孔洞形状的盖板安装上去，方便美观。这个模块普遍应用于现代乘用车保险杠的设计中，是保险杠面罩上最容易分离的设计模块。某车型采用的拖车钩盖结构如图1所示，我们以这种结构为例，展示特征模板的参数化过程。

首先进行拖车钩盖产品的设计条件梳理，梳理出原始特征和过程参数。原始特征和过程参数是从设计规范、法规要求等条件中提取出来的，要尽量包含所有的条件和要求。设计和条件要求中的基本特征越多，后续的程序设计就越容易。反之，扫描特征越多，给后续的程序设计带来的难度就越大。拖车钩盖的建模思路总结如图2所示。

2.3保险杠拖车钩盖的建模步骤

通过前文中已经完成的各设计条件的梳理，找出了原始特征和各过程参数。由于产品结构比较复杂，可以将整个产品分为几个部分，以其中一个部分的建模编程做说明演示。拖车钩盖结构可分为拖车钩盖本体和翻边结构两个部分，而本体部分又可分为多个部分（图3）。

下面以主体结构的编程为例，说明拖车钩盖产品的参数化编程过程。详见表1。

经过表1的编程，可由原始特征驱动若干个参数，形成盖主体结构。上述8个步骤编程所组成的一个小节程序，只是组成拖车钩盖20个小节程序中的一个。各个小节程序通过若干特征和参数进行接口，最终形成拖车钩盖特征模板。整个拖车钩盖特征模板共有程序418步。

2.4特征模板的實践验证

为了验证拖车钩盖特征模板的可行性，我们用3个曲面验证其运算程序。输入条件及运算结果如图4所示。

由图4可知，通过输入条件曲面的变化，模板能够自动调整为相应的产品形状，适应性能较强。经过多款自主产品的设计研发验证，此特征模板完全能够应用于实际设计工作，提升了保险杠模块化设计的效率。

3结束语

基于特征的参数化模板最大的优势在于，利用相似的结构模板，在原始特征变化的前提下，一样可以自动运算出模型结果。如果进行结构调整，也只是改变相应的参数，很大程度上节约了重复设计的工作量。在保险杠模块化的设计中，有很多相似的结构重复运用。相信在更多模块化结构中应用了基于特征的参数化模板，可以进一步提升设计效率。