CATIA V5论文.docx

CATIA V5论文.docx

《CATIA V5论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CATIA V5论文.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

CATIAV5论文

知识工程的应用

[摘要]本文结合汽车座椅发泡和轴承等设计，简单介绍了CATIA知识工程中的常用功能在参数化和后参数化设计中的应用。

[关键词]CATIA知识工程参数化设计

前言

作为一个高端的CAX/PDM软件，CATIAV5是在一个企业中实现人员、工具、方法和资源真正集成的基础。

其产品/流程/资源（PPR）模型和工作现场解决方法提供了真正的协同环境，从而激励用户在三维基础上进行产品和流程的创新、共享和交流。

CATIA所含的捕捉和重用知识能力是实现共同设计的最好工具，CATIA中的知识工程工具具有简单、实用、功能强大的特点，为产品的参数化、后参数化设计开发提供了强有力的支持。

参数化设计和后参数化设计

一个新产品的研制开发过程就是一个不断论证修改、不断完善的过程。

激烈的市场竞争对新产品的研制开发周期提出了更高的要求。

因此，在产品的设计开发过程中，如何快速有效地对产品模型进行修改、维护就显得至关重要。

参数化设计和后参数化设计为解决这个难题提供了很好的方法，而CATIA的知识工程模块则为产品的参数化设计和后参数化设计提供了强大的支持。

参数化设计是指设计者在充分了解零部件的性能要求、工作原理、技术要求的前提下，用一组参数来约束零部件的尺寸关系，用参数来控制零部件的形位特征，零部件的设计结果的修改受参数控制。

后参数化设计是指设计者在零部件的特征建模基本完成以后，再对零部件的特征尺寸进行参数化。

知识工程应用介绍

CATIA的知识工程主要包括参数、公式、检查、设计表、Rule、Law等功能。

下面结合一些实例进行介绍。

参数

CATIA中的参数分为两类：

内部参数和自定义参数。

内部参数即CATIA系统自动生成的定义数模特征内在属性的参数。

自定义参数为设计者根据设计需要而定义的参数。

自定义参数可分为三个级别：

装配件级别、零件级别、特征级别。

自定义参数的种类有：

实数型、整数型、字符串型、布尔运算型、长度型、质量型等。

各种类参数又可分为单值型和多值型。

在产品设计开发过程中，为了对三维数模更好地进行参数化，设计者一般采用自顶向下的方法展开设计，这样，设计者能全面地把握不同部件之间、不同零件之间、各零件内部的参数关联，确定不同零部件之间的设计顺序，找出关键参数。

现在，结合汽车座椅中泡沫的设计来讨论在CATIA中如何定义参数。

图1

首先，在设计开始前，需要对CATIA中的一些系统参数进行设置。

在CATIA的主界面下，选择菜单“工具”→“选项……”，点击“产品结构”→“树的定制”，出现如图对话框，依次选择“参数”、“关系”，分别在其后面的“否”上单击鼠标左键使其变为“是”（图1）。

然后在此对话框左边的结构树点击“零部件基础结构”→“General”，选择“ExternalReferences”中的第一项，以确保不同部件、不同零件之间的尺寸、特征等的关联（图2）。

图2

接着，选择零部件基础结构”→“Display”，选中“Parameters”、“Relations”（图3）。

这样，在CATIA的主界面中的部件或零件的结构树上就会出现“参数”、“关系”的节点，以便我们更好地使用参数和函数等知识来帮助进行参数化或后参数化设计。

在汽车座椅泡沫进行设计完成后会因实际需要，对泡沫的三维数模的表面形状和面套安装槽的位置进行修改。

因此，在进行设计时，为了便于修改，定义了泡沫形状引导线的在x与y方向偏移量、泡沫形状控制线的张力、面套的安装图3

位置控制点偏移量等参数，然后以这些参数作为变量或自变量定义公式，以后进行修改时，改变一个参数值就可以改变数模。

点击标准工具条的按钮，出现以下对话框（图4）：

图4

单击“新建类型参数”按钮，选择参数类型和参数值的类型，在“编辑当前参数名称或值”的对话条中直接输入参数名称和参数值。

例如图4中的参数“translate”、“tension1”等。

在查询参数时，打开“公式”对话框，见图4，在CATIA界面中的产品结构树上单击参数所在部件或零件，在利用对话框中的过滤器类型就可快速查询参数。

另外，注意在绘制草图时，最好对草图进行满约束，便于以后进行参数定义和修改。

图5为汽车座椅泡沫参数定义后的产品结构树。

图5

公式

CATIA中的公式的功能就是以自定义参数或系统自动生成的参数作为变量或者自变量，建立函数关系控制数模的生成。

启动公式编辑功能有三种方式：

1.直接点击标准工具条中的

按钮，在弹出对话框的参数列表中选择需要编辑的参数，然后再点击“添加公式”按钮，出现公式编辑对话框。

2.在主界面的产品结构树参数节点选择需要编辑的参数，单击右键，鼠标移至下拉菜单“参数对象”→“编辑公式…”单击，弹出对话框（图6）。

3.对模型特征进行编辑时，在对话框中需要定义值的输入条中单击鼠标右

键，在弹出菜单中单击“编辑公式…”或“公式”→“编辑…”，弹出公式编辑对话框，见如图7中的Spline线的张力特征。

图6图7

图8即是公式编辑对话框：

图8

通过公式编辑对话框中的过滤器和列表来选择需要编辑的参数作为自变量，运算符可以自己输入也可以使用对话框中过滤器内的“运算符”，注意，要双击鼠标左键选中的参数才会调入对话条中，在输入实数值时还要注意物理单位的统一。

在进行汽车座椅泡沫设计时，上一步骤中定义的参数transforsplinez，transforspliney作为自变量来控制泡沫曲面形状引导线在y和z方向的偏移量，从而控制曲面的位置；参数tension1，tension2作为自变量来控制泡沫曲面形状轮廓线端点张力大小，从而控制泡沫曲面的外形，这样改变参数transforsplinez,transforspliney，tension1，tension2的值，就可以修改泡沫的外形以满足需要。

在公式编辑框产生的公式放置在产品结构树的“关系”节点内。

图9即为汽车座椅泡沫的设计过程中编辑的部分公式：

图9

公式编辑对话框内“字典”列表中有两项功能“Measures”、“PartMeasures”，可以测量当前文件中特征的数值或属性作为自变量来控制其它参

图10

数来控制数模的生成。

见图10。

“Measures”功能可以捕捉许多特征的数值和属性以供公式编辑使用：

两点间的距离、曲线的总长、曲线段的长度、实体或封闭曲面的体积、曲面或草图面积、实体表面积、两条直线或两个方向的夹角、实体曲面和草图的惯性轴等，“PartMeasures”可以测量实体体积和表面积等。

见图10，“Measures”和“PartMeasures”可以实现的功能见对话框的右边列表，小括号内为需要输入的特征，可在图形区内选择，也可在产品结构树上点击。

公式编辑可以引用外部文件的参数作为自变量，外部文件可以为不同类型文件，例如CATPart文件和CATDrawing文件之间的参数可以互相引用，引用时可以使两个文件在屏幕上并排打开（单击菜单窗口→垂直平铺），直接点击要引用文件的参数即可。

如果设计者采用自顶而下的设计方法，则更易实现不同零部件之间的参数引用。

检查

CATIA中的检查的功能是为了在产品设计过程中，设计者既定的一些条件被满足或者没有被满足时，CATIA系统给设计者以提示。

检查不会影响数模的生成，它在产品结构树中的位置在“关系”节点内，可以被激活或免激活。

产品结构树中的节点图标的不同显示表示不同的含义：

下面以汽车座椅调角器的质量作为检查对象来说明检查功能的应用。

首先建好数模，定义好调角器材料和参数，并利用公式编辑框字典列表中的“PartMeasures”功能测出实体体积并以此作为自变量计算出调角器的质量。

进入KnowledgeAdvisor模块，单击工具条中的

按钮，即可启动检查功能，弹出对话框如下（图11）：

图11

可以指定检查名称以及目的地。

确定后弹出检查编辑对话框（图12）。

图12

在检查类型的下拉菜单中有三个选项：

“Silent”是指在检查条件不满足时只有检查指示灯变红没有其他表示；“信息”是指在检查条件不满足时检查指示灯变红且有信息显示框出现；“Warning”是指检查条件不满足时检查指示灯变红且有警告显示框出现。

选择“Warning”选项，并在旁边的“Message”框内输入警告信息，在检查条件输入表内输入调角器的总质量要求。

确定以后在产品结构树中“关系”节点内出现“检查.1”，并呈红色，图形区内弹出警告信息框，提示设计者调角器的总质量超标（图13）。

图13

从上述可以看出，检查功能从设计过程开始时就能帮助设计者把握设计方向，提高设计效率。

设计表

CATIA中的设计表为生成和管理一组元素提供了方法，这样一组元素是以其参数值的不同来区分的。

螺钉是一个很好的例子，一系列螺钉可以用一个设计表格描述的。

在设计表格中，定义典型特征的一组参数值就是一个配置，这些参数值被横向列成一排。

以螺钉为例，若以螺钉的公称直径和有效长度作为特征参数，其他参数都可由这两个参数作为自变量得到，那么，每组公称直径和有效长度值就可以表示一个螺钉，这两个值在设计表格中是被列成一排的。

设计表可以从CATIA文件中创立，这时，CATIA文件中数值输出至设计表格中，设计表格也可以应用于CATIA文件中，这时，设计表格中的数据输出至CATIA文件中。

设计表格的目标就是用外部数值来驱动CATIA文件中的参数，从而快速有效地处理有相同的特征参数的元素，提高设计和修改效率。

这些外部数值一般是以MicrosoftExcel文件或者表格文本文件的格式保存的。

设计表生成的一组元素可以导入Catalog中进行保存，并可在以后的设计中调用，这为使用单位建立自己的标准件库和重复设计提供了很好的方法。

单击标准工具条中的

按钮，弹出以下对话框（图14）：

图14

“从预先存在的文件中创建设计表”

如果要从外部文件来创建设计表就选择此选项，在这种情况下，外部文件中的列的名称要和CATIA文件中的要被外部文件值驱动的参数名一致。

举例说明：

如果外部文件中有一列值，列名是“material”，那么，只有当CATIA文件中也定义了参数“material”时，设计表中才会出现“material”列，如果CATIA文件中没有定义此参数，则设计表中不会出现该列。

这就是自动关联过程。

或者，将外部文件中的列名与CATIA文件中的参数一一对应，该列值的类型要和CATIA文件中参数的类型一致，例如：

外部文件中包含“length”列，而CATIA文件中没有定义此参数，此时可以在CATIA文件中选择一个同类型的参数（radius,diameter等等）与之关联，在设计表中显示的列名称是CATIA文件中定义的参数名，这就是自定义关联。

“用当前的参数值创建设计表”

如果直接从CATIA文件定义的参数中选择参数创建设计表时，选择此选项。

在这种情况下，只要在弹出对话框的列表中选择需要由外部文件值来控制的参数，这些参数就会出现在设计表中，每个参数自成一列。

但是，这样生成的设计表中只有一种配置，也就是只有一行值，此时单击“编辑设计表”按钮，即可进入生成的相关Excel文件进行输入、编辑，形成多种参数配置，从而就可以利用外部值控制CATIA文件中的参数值，根据设计需求生成不同参数配置的零部件。

从图14中可以看出，设计表的方向可以选择，参数值可以纵向也可以横向排列。

设计表在CATIA文件的产品结构树中的位置可以是系统默认的，也可以由设计者指定，指定时可以点击产品结构树中的零部件，也可选择图形区中的几何图形。

下面以滚动轴承为例，介绍一下设计表的用法。

首先，生成一种配置的轴承，定义好特征参数，并建立好特征参数与其它参数的函数关系，见图15：

图15

单击标准工具条中的设计表按钮，弹出设计表编辑对话框（图16）：

若是选择“从预先存在的文件中创建设计表”选项，则首先按照参数名和外部文件的列名一致的要求在CATIA文件中定义好特征参数，然后按系统提示逐步选择外部文件（Excel或者tabulatedtext文件格式）生成设计表。

图16

本例选择“用当前的参数值创建设计表”选项（图17）：

图17

通过过滤器找出要由外部值控制的参数，使用中间转换按钮将这些参数放到右边列表中，右边列表中的参数将按选择顺序排列在设计表中。

可以按照需要的顺序逐个选择参数，也可以一次全选，以后在编辑设计表时再进行排序。

选好参数以后，系统要求指定设计表输出文件的名称和路径。

接着弹出以下对话框（图18）：

图18

此对话框中（图18）的一行值即为当前CATIA文件中的轴承参数配置。

单击表中的“编辑表…”按钮，系统打开刚才保存的输出文件，在此文件中输入其它型号轴承的参数，见图19，图19中某一配置的某个参数可以为空，此时，这个参数继承原来的值，参数的单位也可以在空格中自定义。

保存后关闭该文件，此时设计表编辑对话框内的“配置”列表中就会生成输入的参数配置，确定后在产品结构树的“关系”节点内生成“设计表”节点（图20），双击“设计表”节点内的“配置”，弹出设计表编辑对话框，就可选择所需轴承的参数配置。

图19

图20

在完成设计表以后，就可以使用“编目编辑器”模块，将设计好的轴承建成一个标准件库，以后其它设计应用到轴承时就可以直接调用。

使用“编目编辑器”模块对设计表进行标准化时，“编目编辑器”模块要求设计表中有一列参数名称为“PartNumber”，也就是零部件型号，如果在建立设计表时没有定义此参数，可以再重新定义（注意字母大小写），再在前面输出文件中增加“PartNumber”列，然后双击产品结构树中的“设计表”，在设计表编辑对话

框的“关联”列将两者关联起来即可。

图21即为此例生成的catalog文件：

图21

Rule规则

CATIA系统中的Rule规则是指用条件语句编写的用来控制参数之间的关系的一组指令，它可以执行以下动作：

给参数赋值或公式；显示信息条；可以启动VB编写的宏命令，这些宏命令可以是外部文件也可以保存在CATIAV5文件中。

当Rule规则的输入参数或特征发生变化或者设计者要刷新规则时，规则的指令就会执行，规则是通过控制参数和特征来控制设计状态的。

Rule规则在结构树中的位置是在“关系”节点内，且可以被激活或者免激活。

下面继续以上面的轴承为例，介绍一下Rule规则的应用。

在上面的例子中，轴承的内外圈的倒角应该随轴承直径的大小不同而不同，但是和轴承直径又没有直接的函数关系，这时就可以使用Rule规则。

进入KnowledgeAdvisor模块，单击工具条中的

按钮，弹处对话框如下（图22）：

图22

可以指定规则名称和目的地。

确定后弹出规则编辑对话框（图23）。

图23

图24

根据特征尺寸的范围利用条件语句定义不同的倒角半径，在编辑框内输入条件语句。

确定以后，产品结构树的“关系”节点内出现“

规则”，如图24。

轴承的倒角半径就会根据设计表中不同的轴承参数配置由Rule规则控制被赋予不同的值。

Law规则

CATIA系统中的law规则是且仅是指一个参数参照另一个参数定义的关系。

规则中包含的参数称为形式参数，law规则和形式参数多用于生成外形设计中的平行线。

如果y与x是两个形式参数，那么y=f（x）就是规则，其中x始终是作为一个单位从0到1之间变化的，若x是一条直线，则直线的起点为0，直线的终点为1，此时若做一条与x间距为y的平行线，则此平行线表现为以直线x为自变量的曲线。

单击标准工具条中

按钮弹出对话框（图25）：

图25

确定以后弹出规则编辑器对话框（图26）：

图26

在对话框的右边新建两个形式参数x和y，在对话框的左边输入规则：

y=15+5*cos（5*PI*1rad*x），此时在产品结构树中的“关系”节点内就会出现“规则.1”节点，在以后的设计中就可以调用此规则。

下面以一条线段为x，调用此规则作一条平行线。

单击平行线按钮弹出对话框（图27）：

图27

在选好参考线和支持面以后，单击“Law…”，然后选择产品结构树中的“规则1”，就会生成如图曲线（图28）：

图28

在GSD模块中还有另一种定义规则的方法，选择两条已经生成的曲线作为形式参数，可以定义一个规则。

单击GSD模块中的

按钮，弹出规则定义对话框（图29），在图形区或者结构树上选择一条曲线作为参考线，再在图形区或者结构树上选择另一条曲线作为目标线，就可以生成一个规则，此时目标线和参考线的有效段是这样规定的：

从参考线的原起始点开始过参考线上一点作垂直平面，最早与目标曲线相交的平面与两曲线的交点为参考线和目标线的有效起始点，最晚与目标曲线相交的平面与两曲线的交点为参考线和目标线的有效结束点，对应点之间的距离即为规则。

图29

[小结]本文结合几个简单的设计实例介绍了CATIA知识工程中的常用功能在参数化和后参数化设计中的应用过程及方法。

简而言之，知识工程是一个简单、实用、功能强大的工具。

如果设计者对设计对象的工作原理、技术要求等有着清晰的了解，再结合知识工程的应用进行参数化设计，就会起到事半功倍的效果。

总之，运用知识工程进行参数化设计，是提高设计效率的有效途径。