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【概述】：本文讲述了CATIA V5知识工程在轿车车身设计中的应用，并以确定驾驶员手操纵范围为例，阐述软件实际使用方法。
在设计过程中引用CATIA V5知识工程能够将设计周期减少一半，并且易于设计变更，较大程度地提高了工作效率。
基于CATIA V5知识工程的轿车车身设计本文讲述了CATIA V5知识工程在轿车车身设计中的应用，并以确定驾驶员手操纵范围为例，阐述软件实际使用方法。
在设计过程中引用CATIA V5知识工程能够将设计周期减少一半，并且易于设计变更，较大程度地提高了工作效率。
目前汽车市场竞争激烈，如何在这样的环境下，对市场需求快速响应成为各个汽车生产商生存发展首要考虑的问题之一。
其中轿车车身占总车成本的1/3~1 /2，是轿车产品商品性的重要标志。
在轿车车身设计中，需要确定驾驶员手操纵范围，使驾驶员处于最佳的动作状态。
传统设计方法无法满足当前的市场需求，由此产生了一种新型工程设计系统：基于知识的工程系统（Knowledge Based Engineering, KBE），CATIA V5中的Knowledgeware模块就提供了一个基于知识工程系统的设计平台。
在传统设计方法中，由于涉及的产品因素众多，在确定驾驶员手操纵范围需要考虑：国际标准ISO 3958、靠背角、胯关节角、方向盘倾斜角、方向盘直径、H点到踵点的水平距离、H 点到踵点的垂直距离、方向盘中心到踵点的水平距离及方向盘中心到踵点的垂直距离等，显然需要花费较长的设计周期。
CATIA V5提供的知识工程模块，可以满足此类多因素设计的需求，并将设计周期减少一半。
以下从CATIA V5知识工程模块、轿车车身驾驶员手伸及界面确定方法以及具体的操作步骤3方面进行阐述。
一、CATIA V5知识工程KnowledgewareKBE实际上是通过知识的驱动和繁衍向工程问题和任务提供最佳解决方案的计算机集成处理技术，即在产品设计时充分考虑企业已有的知识，以及企业标准或国际法规。
CATIA 后，许多面出现问题需要修复，这需要用到Heali ng Assista nt修复为提高精度尽量减少三角形单元的数量。
一般用Adva need Mesh ing Tools高级网格工具的 surface mesher高级曲面网格进行曲面几何优化，网格划分。
基本步骤1、由于车身件都是UG 文件，需要将UG 转换成CATIA2、由于UG 文件的公差默认为0.0254，而CATIA 为0.001，差距很大，导致UG 转换成手，将所有面修复，并缝合成一个整体。
3、进入高级网格，将曲面网格化。
车身件厚度一般都小于3mm 采用板单元进行模拟，考虑到计算量，一般用四边形,4、进入一般结构分析以上这些步骤并不是绝对的，这里只不过是介绍 eatia 有限元分析得一条较简单的步骤，提供入门学习UG 文件转换成CATIA1、UG 转换成IGS可以使用UG Translators 工具集中的IGES 进行批量转换2、IGS 转换成 CATIA1） 批量转换需要先在 CATIA 中提供证书。
工具-选项-常规-许可证发放-勾选所有配置（可以部分省略）。
2）CATIA，TOOLST具集中的Batch Management批处理监视器，选择Batch-DXF-IGES-STEP三、文件整理（此过程可以在修复助手模块完成，也可以在一般曲面创建模块中完成）以地板横梁为例，说明一下文件整理的过程及要求1、破面修补1）从上图中可以看出，转换后的零件出现破面，这个都包含在了结构树中的Geometry Failure，以及In valid In put Geometry 。
修复零件破面可以显示着两个集合中项目来简化过程。
2）修补完成后，零件应当没有明显破面，过大间隙，重叠等2、结构树整理由于网格划分的需要建零件本身的曲面缝合成一个整体。
曲面应当放在一个集合中，并且没有其他项目。
tzx 集合包含所有线和点包括料厚线。
Bz 包含所有标准件。
参数化建模1.零件名称（PART NUMBER）XXX-XXXXX-X00-000-REINF- ROOFSIDE GRAB-ZSLS-20110705分别是：车型代号、零件的序号、版本号、英文名、设计者、日期具体格式可以不按照此例2.车身坐标系（Axis Systems）3.参数（Parameters）4.零件实体数据（Part Body）用来存放实体数据，名称可根据实际修改5.外部数据(External geometry)6.最终结果（Final part）A：独立零件B：左右完全对称或局部不对称的左右零件，须注明7.零件设计过程（Part Definition）8.关键截面（Section）开孔方式，易修改的钣金开孔。
注意事项：1，Main part >>>> reference structure >>>> reference point与ENG_TOOL_DERECTION >>>> reference point 关联相合，这样之后的参数化不依赖于插件，连接有序且紧密2，模板草图XZ方向是否正确，3，各草图内部，虚线符号不要被激活，否则后期工作量增加。
4，注意隐藏的部位，这样的方式做参数化的时候退出草图就不会“乱了”，进入草图也是“有路可循”的。
5，不依赖于插件的快速逆向参数化方法——三点确定平面。
reference point前的部分可以删掉，OK。
不懂并不表示不存在。
6，这样的结局。
1+2=？+3=？+4=?……=结果7，点云上点数不够多不均匀怎么办，（征对零件导出的点云）Mesh smoothing点云有破洞用mesh cleaner。
CA TIA汽车车身设计方法汽车车身除了要有漂亮的外表和与众不同的个性特征，同时还要能安全可靠地行驶，这就需要整个设计过程融入各种相关知识，包括车身结构、制造工艺要求、空气动力学、人机工程学等。
细化开发流程与同步开发手段，对于设计出消费者认可的新车型至关重要。
汽车车身设计简单理解是根据一款车型的多方面要求来设计汽车的外观及内饰，使其在充分发挥性能的基础上艺术化。
汽车车身除了要有漂亮的外表和与众不同的个性特征，同时还要能安全可靠地行驶，这就需要整个设计过程融入各种相关的知识：车身结构、制造工艺要求、空气动力学、人机工程学、工程材料学、机械制图学、声学和光学知识。
从一个灵感到最后实现，需要一系列的步骤。
得到市场的认可，性能优良的内“芯”，再加上一袭新衣包装，才是新车待嫁时。
下面，让我们看看正向设计如何为一款新车设计“嫁衣”。
项目策划项目策划包括：项目计划、可行性分析、项目决策及组建项目组等几个方面。
图1为项目策划阶段的示意图。
图1 项目策划阶段示意图汽车企业的产品规划部门必须做好企业产品发展的近期和远期规划，具有市场的前瞻性与应变能力。
项目前期需要在市场调研的基础上生成项目建议书，明确汽车形式及市场目标。
可行性分析包括：政策法规分析、竞争对手和竞争车型、自身资源和研发能力的分析等。
项目论证要分析与审查论点的可行性和论据的可靠性与充分性。
经过这一阶段，要开发一个什么样的车型，类似于同行什么等级的车型，其性价比方面有哪些创意与特点即展现在我们面前。
项目策划的最后阶段是组建项目组：组建新品开发项目小组、确立项目小组成员的职责、制定动态的项目实施计划、明确各阶段的项目工作目标、规定各分类项目的工作内容、计划进度和评价要求。
概念设计阶段概念设计在新产品开发中有着重要地位，因此，新产品概念设计流程再造是新产品开发流程再造成败的关键所在。
一个全新的汽车创意造型设计分为以下几部分：1. 总体布置草图设计：绘制产品设计工程的总布置图（如图2），一方面是汽车造型的依据；另一方面它是详细总布置图确认的基础，在此基础上将产品的结构具体化，直至完成所有产品零部件的设计。
CATIA V5 Start Model车身建模规范CATIA V5 Start Model的使用方法下面着重介绍CATIA-V5 Start Model的结构形式和其在车身设计中的具体应用方法。
首先，CATIA-V5 Start Model模板根据车身零件3D数据的结构特征，将历史树分成如下组成部分：1、零件名称（PART NUMBER）2、车身坐标系（Axis Systems）3、零件实体数据(PartBody)4、外部数据（external geometry）5、最终结果（final part）6、零件设计过程(part definition)7、关键截面(section)整体结构树形式如图1所示图1其次，详细介绍各个组成部分在CATIA-V5 Start Model的具体应用方法。
1、零件名称（PART NUMBER）零件名称定义的规范性和准确性对一个汽车主机厂来说在整个汽车产品生命周期内对产品的采购、生产、销售都具有重要意义。
所以首先要确定零件的准确件号和尽量简单且详尽的名称。
具体的命名方法见下图2所示：XXX_XXXXXXX-X00_000_REINF_ROOFSIDEGRABHANDLE_LH_CHZK_20190510设计完成日期设计者名字简称零件的英文名称零件的版本号（数据冻结时的版本为第一版）零件的件号车型代号图22、车身坐标系（Axis Systems）该坐标原点为车身坐标原点即是世界坐标原点，定义该坐标系以后后期设计过程中的几何元素的空间坐标都以该坐标系为基准。
3、零件实体数据(#Part Body)Part Body内是用来存放零件实体数据，一般是设计的最终结果实体数据。
如果需要更改Part Body 的名称，可以在Part Body右键属性内更改，如果要反映该零件设计的不同阶段或不同状态的实体数据，或者是周边相关零件的实体数据（周遍相关零件的Parent信息来自#external geometry），可以在零件内插入多个Part Body来分别定义。
CATIA汽车设计要在国际汽车市场中取得竞争优势，汽车制造商必须不断努力提高产品的设计和制造水平。
CATIA软件作为世界上最先进的汽车设计软件之一，已被广泛运用于汽车行业。
本文将介绍CATIA软件在汽车设计中的应用，以及其对汽车制造业的影响。
一、CATIA软件概述CATIA是一种三维CAD/CAM/CAE软件，由法国达索系统公司开发。
它提供了强大的设计和仿真工具，可用于设计、制造和组装复杂的机械产品。
CATIA的主要特点是基于模型的设计方法，它允许工程师们在数字环境中创建和验证产品设计。
因此，CATIA被广泛认为是汽车设计领域的先进工具。
二、CATIA在汽车设计中的应用1. 产品设计CATIA提供了一套完整的汽车产品设计工具，包括汽车外观设计、车身结构设计和内饰设计等。
利用CATIA的设计工具，设计师可以创建出具有独特外观和符合工程要求的汽车模型。
此外，CATIA还提供了设计验证和优化功能，帮助设计师们在数字环境中验证产品设计，并对其进行改进。
2. 工程分析与仿真CATIA内置了多种分析与仿真工具，用于评估汽车设计在不同工况下的性能。
例如，工程师们可以使用CATIA进行结构强度分析，以确保汽车在各种道路条件下都能够安全运行。
此外，CATIA还可以进行气动性能分析、热管理仿真等，为汽车设计提供全面的工程分析支持。
3. 制造工艺规划CATIA可用于制造工艺规划，帮助工程师们优化汽车制造过程。
利用CATIA的制造工艺规划工具，工程师们可以创建出最佳的装配顺序、工序规划和工具路径等。
这有助于提高汽车制造的效率和质量，减少生产成本，并提升整个供应链的协同效应。
三、CATIA对汽车制造业的影响CATIA的广泛应用对汽车制造业产生了深远的影响。
1. 缩短产品开发周期在CATIA的支持下，汽车制造商可以实现产品从概念到量产的快速转化。
CATIA提供了一套完整的设计和仿真工具，使设计师和工程师们能够更高效地开展工作。
基于CATIA知识工程优化的车身轻量化设计车身轻量化设计是当今汽车设计领域的热门话题之一、随着环保意识的增强和能源消耗的压力，汽车制造商开始关注车身轻量化，以提高燃油效率和减少尾气排放。
而基于CATIA知识工程的车身轻量化设计是一种有效的方法，可以在保证车身强度和安全性的前提下，实现车身重量的减少，提高汽车整体性能。
在车身轻量化设计中，首先需要进行材料选择。
不同材料具有不同的力学性能，因此选择适当的材料是轻量化设计的关键。
CATIA知识工程中可以添加材料库，并通过建立材料属性与设计参数的关联，实现材料选择的优化。
例如，可以根据设计参数如刚度、强度要求，结合材料的密度、强度、刚度等属性，进行材料选择和评估。
其次，车身的结构设计也是轻量化的重要环节。
通过CATIA知识工程中的设计规则和参数化设计，可以实现车身模型的自动化设计和优化。
例如，可以设置车身结构件的厚度、截面形状等设计参数，并与约束条件如刚度、安全性等进行关联。
通过CATIA的参数化设计功能，系统可以从给定的设计参数中自动生成车身结构，同时根据优化算法，自动调整设计参数，以实现车身轻量化的目标。
在轻量化设计中，还可进行拓扑优化。
CATIA知识工程可以根据拓扑优化理论，自动生成最优的结构形态。
拓扑优化是通过消除材料不必要的分布，实现结构轻量化的一种方法。
在CATIA中，可以通过输入约束条件和目标，进行拓扑优化的仿真和分析，自动生成与优化目标最符合的结构形态。
此外，CATIA知识工程还可以应用于模拟和分析中，以验证和评估轻量化设计方案的可行性和性能。
通过CATIA中的力学分析、碰撞仿真等功能，可以对车身进行强度、刚度、疲劳等性能分析，帮助设计师优化设计方案，确保车身在使用过程中的安全性和可靠性。
总之，基于CATIA知识工程的车身轻量化设计是一种有效的方法，可以在保持车身安全性和性能的前提下，实现车身重量的减少。
通过CATIA的三维设计、参数化设计、拓扑优化等功能，可以实现自动化设计和优化，提高设计效率和准确性。
CA TIA汽车车身设计方法汽车车身除了要有漂亮的外表和与众不同的个性特征，同时还要能安全可靠地行驶，这就需要整个设计过程融入各种相关知识，包括车身结构、制造工艺要求、空气动力学、人机工程学等。
细化开发流程与同步开发手段，对于设计出消费者认可的新车型至关重要。
汽车车身设计简单理解是根据一款车型的多方面要求来设计汽车的外观及内饰，使其在充分发挥性能的基础上艺术化。
汽车车身除了要有漂亮的外表和与众不同的个性特征，同时还要能安全可靠地行驶，这就需要整个设计过程融入各种相关的知识：车身结构、制造工艺要求、空气动力学、人机工程学、工程材料学、机械制图学、声学和光学知识。
从一个灵感到最后实现，需要一系列的步骤。
得到市场的认可，性能优良的内“芯”，再加上一袭新衣包装，才是新车待嫁时。
下面，让我们看看正向设计如何为一款新车设计“嫁衣”。
项目策划项目策划包括：项目计划、可行性分析、项目决策及组建项目组等几个方面。
图1为项目策划阶段的示意图。
图1 项目策划阶段示意图汽车企业的产品规划部门必须做好企业产品发展的近期和远期规划，具有市场的前瞻性与应变能力。
项目前期需要在市场调研的基础上生成项目建议书，明确汽车形式及市场目标。
可行性分析包括：政策法规分析、竞争对手和竞争车型、自身资源和研发能力的分析等。
项目论证要分析与审查论点的可行性和论据的可靠性与充分性。
经过这一阶段，要开发一个什么样的车型，类似于同行什么等级的车型，其性价比方面有哪些创意与特点即展现在我们面前。
项目策划的最后阶段是组建项目组：组建新品开发项目小组、确立项目小组成员的职责、制定动态的项目实施计划、明确各阶段的项目工作目标、规定各分类项目的工作内容、计划进度和评价要求。
概念设计阶段概念设计在新产品开发中有着重要地位，因此，新产品概念设计流程再造是新产品开发流程再造成败的关键所在。
一个全新的汽车创意造型设计分为以下几部分：1. 总体布置草图设计：绘制产品设计工程的总布置图（如图2），一方面是汽车造型的依据；另一方面它是详细总布置图确认的基础，在此基础上将产品的结构具体化，直至完成所有产品零部件的设计。
图2 某车型的总布置草图2. 造型设计：包含外型和内饰设计两大部分。
设计阶段包含创意草图和效果图设计：在这一过程中，要比较竞争对手的产品，拓宽思路，勾画出多种效果图，再从中选择较为满意的几种效果图，供专家小组评审。
图3、4分别为造型设计阶段的草图与效果图。
创意的过程需全面融入产品设计与产品制造的要求，这个阶段要进行多方面的评审与修改，直到最后确定效果图方案。
图3 前期设计草图图4 设计方案效果图3. 油泥模型制作阶段概念设计的最后阶段是制作油泥模型：制作3～5个1：4油泥模型，制作小比例模型主要是为了节约成本及时间。
对外观评审后，选定其中一个制作1：1油泥模型；根据总布置图构建1：1的主模型线图，接下来制作1：1的油泥模型。
在制作油泥模型的过程中，还需要组织多次总布置验证，各领域的问题都要考证造型的合理性，直到最后的油泥模型冻结。
图5 外型油泥模型图6 内饰油泥模型产品设计工程阶段油泥模型冻结后，就全面进入到了产品设计阶段。
产品设计工程是汽车自主创新开发中最为重要的一步，它贯穿整个汽车开发的全过程，包括整车总体布置、汽车工程分析、产品结构分析、具体总成与零部件的详细设计以及它们之间的相关协调工作。
这一阶段耗时最长，如果撇开后期的设计改进时间不算，一般需要1年左右的时间。
在产品设计阶段，有必要让供应商提前介入，使产品的设计做得更经济、合理。
要充分利用现代产品设计的手段，加快产品设计进程，缩短产品开发周期。
利用三维软件对产品零部件进行装配，做各种断面与干涉检查，使产品结构尺寸准确无误；利用有限元分析软件对产品结构进行有限元模拟分析，产品性能模拟分析要达到合格水平。
1. 整车总布置设计在前面总布置草图的基础上，细化总布置设计，精确地描述各部件的尺寸和位置，为各总成和部件分配准确的布置空间，确定各个部件的详细结构形式、特征参数、质量要求等条件。
主要的工作包括：发动机舱详细布置图、底盘详细布置图，内饰布置图、外饰布置图以及电器布置图（如图7）。
图7 整车总布置图图8 车身造型三维数据2. 车身造型三维数据生成油泥模型完成后，使用专门的三维测量仪器（ATOS）对油泥模型进行测量，生成点云数据，工程师根据点云使用汽车A面制作软件来构建外表面（如图8）。
车身造型数据完成后，通常要用这些数据来重新铣削一个树脂模型（如图9），目的是验证车身数据。
图9 验证数据用树脂模型3. 主断面设计主断面设计作为车身设计中的一项重要工作，被越来越多的车身设计团队认可，通过主断面设计可以前瞻性的将车身结构的设计方案呈现出来，最大限度地指导详细设计（如图10）。
图10 主断面图4. 白车身设计汽车车身工程是目前世界汽车工业中研究最活跃、发展最迅速的一个领域。
汽车白车身是汽车其他零部件的载体，是以“钢结构”为主的支撑部件，它是一个复杂的体系，其零部件数量众多、结构复杂，制造成本约占整车的40%～60%，通常有300～500多个形状复杂的薄板冲压零件（如图11），在55～75个工位上大批量、快节奏地焊接而成。
图11 某轿车白车身结构设计轿车车身结构设计是以车身造型设计为基础进行车身强度设计和功能设计，以期最终找到合理的车身结构型式的设计过程的统称，其设计质量的优劣关系到车身内外造型能否顺利实现和车身各种功能是否能正常发挥。
所以，它是完成整个车身开发设计的关键环节。
结构设计必须兼顾造型设计的要求，同时应充分考虑诸如结构强度、防尘隔噪性能以及制造工艺等多种设计要求。
优良的结构设计可以充分保证汽车整车质量的减小，进而达到改善整车性能、降低制造成本的目的。
完成车身结构设计首先需要明确车身整体的承载形式，并对其做出载荷分析，以便能使载荷在整个车身上分配合理。
在此基础上，进一步做出局部载荷分析，确定各梁的结构形式和联接方式。
因通常轿车存在使用目的和级别上的不同，故常常会产生具体结构上的差异，最终导致它们在功能和价格上的差别。
总之，车身结构设计是一个涉及到多方面因素的综合工程设计问题，常成为车身设计开发中的难点。
5. 内外饰工程设计（1）内饰件设计轿车的内饰件设计包括：轿车车厢的隔板、门内装饰板、仪表板总成、扶手、地毯等零部件和材料。
相对于车上其他部件而言，虽然它们对车辆的运行性能没有什么影响，但其面目一览无遗，代表了整部车子的形象，孰优孰劣，决定着轿车的声誉、档次以及人们的选择意向。
另外，对于轿车来讲，虽然内饰件只是一些辅助性的零配件，但它们要承担起减振、隔热、吸音和遮音等功能，对轿车的舒适性起到十分重要的作用。
（2）外饰件设计汽车外饰件设计包括：前后保险杠、散热器罩、前后外挡泥板、扰流板、玻璃、车门防撞装饰条、行李架、天窗、后视镜、车门机构及附件以及密封条。
6. 工程分析阶段在国外，很多大汽车设计公司建立高性能的计算机辅助工程分析系统，其专业CAE队伍与产品开发同步地广泛开展CAE应用，在指导设计、提高质量、降低开发成本和缩短开发周期上发挥着日益显著的作用。
CAE应用于车身开发上成熟的方面主要有：刚度、强度（应用于整车、大小总成与零部件分析，以实现轻量化设计）、NVH分析（各种振动、噪声，包括摩擦噪声、风噪声等）、机构运动分析等；而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成型模拟分析、疲劳分析和空气动力学分析的精度有进一步提高，并已投入实际使用，完全可以用于定性分析和改进设计，大大减少了这些费用高、周期长的试验次数；虚拟试车场整车分析正在着手研究。
此外，还有焊装模拟分析、喷涂模拟分析等。
在我国，CAE技术在汽车设计上的应用也很广泛，提高了设计的效果和效率。
样车试制和试验阶段1. 样车试制阶段样车试制是验证与完善产品设计的一个过程。
样车的试制要严格按照设计数据进行，要能够切实反映产品的本来面貌，以便发现真实存在的问题。
尽管现在拥有先进的设计手段，包括工程计算、工程仿真与模拟等，但样车的试制和相关试验是一定要进行的，因为产品的诸多细节问题在设计阶段是无法提供全面的数据，并加入工程计算体系的。
目前的车身试制手段主要有中熔点、铸铁简易模、工序件等。
2. 样车试验阶段试验要严格按照国家相应的标准进行，真实地出具相应的试验报告，为产品的确认与修改提供依据，为今后产品的正式投产铺平道路。
在样车试制阶段，设计人员要经常跟踪产品的试制工作，清楚了解现场的进展情况并及时处理可能出现的问题，这对产品的设计修改十分有利。
产品的测试报告反映产品的现实状况，是今后该新车型上目录的重要依据，要符合国家法规与各项强制性检查与试验标准（如图12、13）。
图12 道路试验图13 碰撞试验生产准备阶段这一阶段包括产品工装的设计与制造、产品检查与调试设备的准备、工装夹具的验证、生产线的调试等。
生产准备的全面完成将一直持续到试生产乃至批量生产阶段。
在进行样车试制的同时，要着手进行相关的生产准备工作。
车身开发，从某种意义上讲不容许产品设计有重大的修改，所以从产品设计的开始，每一步都必须考虑成熟。
在产品设计部门不断地向生产准备部门提供设计文件的同时，生产准备方面也可根据自身的专业设计要求与产品设计人员及时沟通，这将对产品设计和生产准备起到共同的促进作用。
批量生产这一阶段主要联合供应商进行质量控制，将新车的整车质量打造得尽善尽美，为新车的上市做好准备。
目前，中国的自主品牌在追赶国外先进水平，开发的程序与手段大同小异，如何在这条道路上加快我们追赶的速度，细化开发流程与同步开发手段无疑是我们的有效方法。
