淺談CATIA軟件各模塊在線束設計開發中的應用

衛 強，谷孝衛，王龍波，梁靖汶，呂自國，宗喜旺，王海晶

（1.河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030；2.包頭北奔重型汽車有限公司）

汽車線束作為汽車整車用電器零件的 “血管”，在整車電器零部件設計中與其它零件布置基本上都同時進行，在整車線束布置中因涉及整車電器零件、內飾、鈑金結構，同時考慮周圍環境等使得線束布置非常繁瑣，CATIA軟件的引入為整車線束開發提供了一個可靠的平臺支持。

CATIA是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application的縮寫，是法國Dassault System公司的CAD／CAE／CAM一體化軟件，廣泛應用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、電子／電器、消費品行業，它的集成解決方案覆蓋所有的產品設計與制造領域，其特有的DMU電子樣機模塊功能及混合建模技術更是推動著企業競爭力和生產力的提高。CATIA提供方便的解決方案，迎合所有工業領域的大、中、小型企業需要:從大型的波音747飛機、火箭發動機到化妝品的包裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業產品，在世界上有超過13000的用戶選擇了CATIA。CATIA源于航空航天業，但其強大的功能已得到各行業的認可，在歐洲汽車業，已成為事實上的標準。CATIA的著名用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業，其用戶群體在世界制造業中具有舉足輕重的地位。它可為數字化企業建立一個針對產品整個開發過程的工作環境。在這個環境中，可以對產品開發過程的各個方面進行仿真，并能夠實現工程人員和非工程人員之間的電子通信。產品整個開發過程包括概念設計、詳細設計、工程分析、成品定義和制造乃至成品在整個生命周期中的使用和維護。

該軟件主要以線束零部件設計為對象，在各零件設計完成后，通過零件、線束布置、模擬干涉仿真等使得整車線束總成產品設計缺陷大大降低，提高了線束產品的可靠性，加快了整車線束的開發速度。電氣線束布置流程如圖1所示。

該軟件從應用到目前為止經歷了數個版本，目前大部分主機廠和線束供應商都使用V5R20或者V5R21版本，下面針對線束開發應用到的各個模塊分別進行介紹。

1）零件設計

零件設計模塊 （Part Design）提供了線束用實體零件設計功能，線束零件的實體設計都可以在此模塊中完成。該模塊應用 “智能實體”的設計思想，廣泛使用混合建模、關聯特征和靈活的布爾運算相結合的方法，允許設計者靈活使用多種設計方法，可以在設計過程中或者過程完成后，對零件特征進行處理，也可以在控制關聯性的裝配等其它模塊進行草圖設計和零件設計及其更新，從而方便對線束總成零件的管理更改，如進行靈活的設計后期修改操作。且可以重復利用。該模塊圖形化的結構樹可以清楚地表示出模型特征之間的層次結構，能夠清晰明了影響設計更改的要素，在設計中可以對整個特征進行管理，提高線束零件設計更改效率。

2）線架與曲面設計

線架與曲面設計模塊 （Wireframe and Surface Design）可以方便地完成線束附件不規則零件的設計，創建上下關聯的線架結構特征元素和基本曲面。線架結構特征元素和基本的曲面特征元素的使用，豐富了Part Design模塊，采用的基于特征的設計方法提供了高效直觀的設計環境，使得曲面設計和零件實體設計建立模型的快速完成。

3）裝配設計

裝配設計模塊 （Assembly Design）可以完成零部件之間的快速裝配，完成零件裝配后對整個零件總成或者產品的管理，可以對各個零件進行約束、干涉分析、斷面檢查及其他后續操作。利用樹結構管理各個零件層次結構。裝配模塊可以在線束前期布線設計中將復雜零件的分體裝配成一個總成零件，便于設計中對零部件調配使用。這一模塊的使用不但節約了同種零件在不同位置使用時的裝配時間，而且設計品質得以大幅度提高。

4）電氣元件庫設計

電氣元件庫設計模塊 （ELB，即CATIA Electrical Library）用于電氣零件的創建和管理，如對線束護套、端子、線束護板、扎帶、卡扣、線束保護物（膠帶、海綿膠帶、波紋管、PVC套管）、導線等整車電氣零件進行定義等。設計人員可以對線束的以上各零件進行電氣定義后使之具有電氣零件屬性，在后期三維布線時可以方便調用，如需對電氣零件進行修改，只需更新電氣元件里的零件即可實現。除管理電氣目錄庫外，還可以根據CSV文件中的電氣屬性及數字化電氣系統中的設備安裝匹配規則等定義，批處理方式生成導線定義，包括電氣特性和屬性，已經在設計電氣系統時集成電氣設備所需要的兼容管理等。

5）電氣線束安裝設計

電氣線束安裝設計模塊 （EHI，即CATIA Electrical Harness Installation）專門用于在三維虛擬環境下進行電氣裝置物理形狀設計，在三維環境下電氣裝置之間可以很方便地進行關聯，也可以很方便地修改。根據整車電器零件位置分布及周圍環境，對線束布置和走向進行合理設計，可有效避免線束設計缺陷。同時，對于不同電器零件的形狀、結構及電氣屬性的更改后只需更新后保存，便于管理。讓設計人員可以充分享受電氣設計與機械裝配完全集成帶來的極大方便。

6）電氣導線布線設計

電氣導線布線設計模塊 （EWR，即CATIA Electrical Wire Routing）根據整車各個用電器信號的引腳定義，在數字化樣機中進行線束中每根導線的布局定義和管理，專門用于電氣系統的物理形狀設計，可以幫助設計人員在三維虛擬環境下完成復雜的布線問題，同時使鏈接物理電氣系統與其功能性定義成為可能。針對布線的廣泛性，該模塊提供了線束的三維設計功能，設計人員可以在虛擬環境特別是在虛擬維護操作過程中隨意提取物理導線的功能性用途。

7）電氣線束展平設計

電氣線束展平設計模塊 （EHF，即CATIA Electrical Harness Flattening）可以將電氣線束安裝設計模塊創建的三維布線圖按照設計人員的意圖進行展平，生成相關的比例為1∶1的用于制造或者測試的二維工程圖紙，以便進行檢查和歸檔，二維工程圖紙可以保存為各種線束設計軟件相兼容的格式。該模塊提供了一整套工具來根據位置處理線束的不同線束以得到多種解決方案，允許設計人員根據需要來確定線束彎曲狀態。而電氣線束安裝設計所定義的3D機械約束關系依然保留，因此，不管線束各個主干或者分支調整到什么狀態，該線束段的彎曲半徑和長度仍然被約束，這一關聯約束，便于三維更新后的線束展平同步更新。

同時，CATIA軟件零件保存格式支持UG／PROE／SOLIDWORKS等，方便設計人員調用。

某轎車利用CATIA軟件各模塊進行的三維布置圖例如圖2所示。

8）結束語

在整車線束開發設計過程中，由于零件的修改可能會導致整車線束的數輪修改，所以設計人員一定要認真把前期的建庫等工作準備充分。做好前期的準備工作可以大大提高線束后期的設計及維護效率，縮短產品設計周期。在線束布置過程中反復進行干涉分析檢查，對于提高產品設計品質尤為重要，同時該軟件可以與其它第三方軟件建立接口，進行各種設計分析和各種報表輸出等。隨著CATIA這一軟件優勢的日益凸顯，相信在不久的將來一定能夠被更多的主機廠和線束供應商應用和推廣。

［1］Catia在協同設計中的應用［Z］.