Catia参数化建模在人机设计方面的应用
CATIA V5的人机工程功能与应用
CATIA V5的人机工程功能与应用
刘果
【期刊名称】《汽车工程师》
【年(卷),期】2011(000)005
【摘要】在产品设计的过程中，人们越来越多的注重人的需求，随之产生的是对于人机工程的关注。
文章介绍了CATIAV5软件人机工程模块的组成和功能，并通过汽车驾驶员座椅设计介绍了人机工程学功能的具体应用。
结果表明，CATIAV5具有强大的人机工程功能。
随着人们生活水平的提高，人机工程涉及的领域将会越来越广，在以后的设计过程中，人们可以通过应用CATIA对产品进行优化从而得到更好的产品。
【总页数】3页(P50-52)
【作者】刘果
【作者单位】武汉理工大学汽车工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.72
【相关文献】
1.CATIA V5人机工程分析方法在康复器设计中的应用研究 [J], 许晓云;栗北;马臣;李洁
2.CATIA V5的人机工程功能与应用 [J], 刘果
3.CATIA V5的视觉分析功能及其在人机工程学的应用 [J], 叶芯;崔建昆;赵强;朱晓波
4.基于CATIA V5在上下肢康复器的人机工程学分析与研究 [J], 程大丹;任家骏;秦有年
5.CATIA V5人机工程学功能及应用 [J], 张峻霞;梅飞雪;赵俊芬
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CATIA软件参数化设计技巧
CATIA软件参数化设计技巧CATIA （Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application）是一种强大的计算机辅助设计和制造软件，被广泛应用于航空航天、汽车、工业设计等领域。
参数化设计是CATIA的一个重要特性，它可以有效地提高设计的效率和灵活性。
本文将介绍CATIA软件的参数化设计技巧，帮助读者更好地利用CATIA来完成设计任务。
一、参数化设计的基本概念参数化设计是指通过定义一组参数，以及参数之间的关系和约束来描述产品的形状和特性。
在CATIA中，参数可以是尺寸、角度、间距等物理量，通过改变这些参数的数值，可以实现对设计模型的快速修改和更新。
参数化设计使得设计师可以方便地进行多次迭代，快速生成不同尺寸和形状的产品。
二、创建参数化模型在CATIA中创建参数化模型需要先定义参数，然后再将参数应用到模型中。
下面是一个简单的示例，展示了如何创建一个参数化的矩形模型。
1. 打开CATIA软件，选择“Part Design”模块；2. 在工具栏中选择“Pad”命令，点击在图形区域中绘制一个矩形；3. 在“Specification Tree”中找到“Pad Definition”节点，右键点击该节点，选择“Add User Parameters”；4. 在弹出的对话框中添加两个参数，分别命名为“长度”和“宽度”，并分别指定数值；5. 在矩形的尺寸输入框中，使用这两个参数表示矩形的长度和宽度，例如，输入“长度”、“宽度”；6. 点击“确定”按钮，CATIA将根据参数的数值生成一个参数化的矩形模型。
通过定义参数，并将参数应用到模型中，我们可以快速修改矩形的尺寸，而无需重新绘制模型。
三、约束的应用除了定义参数，我们还可以使用约束工具在CATIA中实现模型的约束。
约束是一种关系，用于限制模型元素之间的相互作用。
通过定义约束，可以在保持模型特性的前提下，改变模型的形状和尺寸。
Catia参数化建模在人机设计方面的应用
Catia参数化建模在人机设计方面的应用【摘要】目前也有很多专业用于人机设计软件例如：UG，RAMSIS等。
但是作为设计人员来讲这些专门的软件有一定的弊端：或者是价格昂贵、或者与数据建模的软件版本不兼容需要转换数据、或者因为这些专业软件的设计过程都是固化的灵活性不能让设计师满意。
使用Catia参数化设计可以完成人机设计和法规校核等工作，并且可以直接修改参数更新数模一劳永逸。
本文将以内后视野设计为例进行参数化设计。
【关键词】人机工程；眼点；SGRP；参数化；Catia一、前言任何产品最终面向的客户都是人，产品给人带来的感受决定了产品的市场占有率。
因此所有产品的设计也就优先要考虑人机工程。
可以说汽车造型决定客户看不看车，而人机工程则决定客户买不买车。
汽车的人机设计的目的就是要开发出对于绝大部分百分位人体来说具有驾驶操纵高效、方便、舒适、不易疲劳、安全的乘坐驾驶环境。
因此人机工程的设计也成为整车设计中主要的性能之一。
目前也有很多专业用于人机设计软件例如：UG，RAMSIS等。
但是作为设计人员来讲这些专门的软件有一定的弊端：或者是价格昂贵、或者与数据建模的软件版本不兼容需要转换数据、或者因为这些专业软件的设计过程都是固化的灵活性不能让设计师满意。
使用Catia参数化设计可以完成人机设计和法规校核等工作，并且可以直接修改参数更新数模一劳永逸。
本文将以内后视野设计为例进行参数化设计。
二、汽车人机工程设计内容介绍三、后视野设计Catia参数化建模步骤1.内后视镜法规要求a.后视镜必须能在其反射面上绘出一个以高度为40mm底边长为a的矩形，其中：，如图1所示。
b.后视镜必须为球状凸面镜或平面镜镜。
c.r值对于I类内后视镜必须大于1200mm。
d.反射面边缘在框架内，框架周边点C值≧2.5mm；若不在框架内，则其周边点C值≧2.5mm，且突出部位在50N的作用力下，能回到框架内。
e.内后视镜应在驾驶员位置上可以调节。
CATIA V5的人机工程功能与应用
２ ０ ： ５— ６ ０ ２ １ １．
由于 驾驶 人 员 的 身材 有 差 异 ，可 以再 选 取 ９ ５百
【】张 立 斌 ． 机 工程 学 及其 在汽 车设 计 中 的应 用 ［］汽 车 运 用， ５ 人 Ｊ．
２０ ９ （ ）： ００百分 位 的人 体 模 型 ，确 定 出驾 驶 员座 椅 设
（ 稿 日期 ： ００１ —８ 收 ２ １ ．２０ ）
（ 上接 第３页） ８
电动汽 车动 力传 动系 统参数 设 计及合 理 匹配对 其 性能有 很大 的影 响 。根 据 整车动 力 性要求 ，通 过理论
计 算 ，对 电动汽 车 电机 、电池和 传动 系统 进行 匹配计
誓 ¨ 凸 星 ｊ
需将 人体 模型 直接 放入 到所 考 虑 的设备 之 中，减 少 了
制 作 人体 模 型 的过程 ，而 且在 Ｃ Ｔ Ａ Ｖ５中可 以对 人 Ａ Ｉ
图 ２ 人体 模 型 的 修 改
体数据 进 行调 整 ，如 图 １ 图 ２所 示 ，使得人 体 模型 和
１ 人体 测量编辑 （ ． ２ ＨＭＥ） 此 模块 可 以通 过人 体测 量 学工 具生 成较 为 高级 的
真 结果 表 明， 电动 汽车 的最 大车 速 、加 速 性和爬 坡性
等 动 力性能 能够满 足 设计 的要求 ，说 明整车 匹配 方案
【 ４ 】朱正礼，殷承 良，张建武 ．基于遗传算法的纯电动汽车动力总成参 数优化 ［］ Ｊ．上海交通大学学报，２ ０ ，３ １）：１０ －９ ２ ０ ４ ８（１ ９ ７１７ ．
参 数满 足 实际要 求 。 由于 驾驶者 身 材各 异 ，所 以在设 计 时必须 对 人机
用 户 自定义人 体模 型 ，从 而使 人体 模 型与 驾驶 员 的模 工程 进行 仔 细研 究 ，确 定其尺 寸 Ｊ 于操 作姿 势来 。对 型 吻合 ，得到 更 为精确 的数 据 。在 此模 块 中系 统预 设 说 ，行驶 过程 中驾 驶 员 的脚 始 终放 在踏 板上 ， 由于不 了立姿 、 平举 、延伸 平 举 、侧平 举 、坐姿 和跪 姿 ６种 同工况 踏板 的角 度 也是有 变化 的，通过试 验 ，由座 椅 、 前 姿势 。可 以根据 实 际要 求先 预 设 １种姿 势 （ 驾驶 员 踏 板和 转 向盘 的位 置 以及驾 驶姿 势参 数 的变化 得 到驾 如 的坐 姿 ）然 后在 该姿 势 的基础 上进 行修 改 。
机械设计师熟练使用AutoCAD和CATIA软件
机械设计师熟练使用AutoCAD和CATIA软件在现代工程设计领域，机械设计师是不可或缺的重要角色。
他们不仅需要具备丰富的机械设计知识，还需要掌握各种设计软件来实现他们的创意和想法。
在这些软件中，AutoCAD和CATIA被广泛认可并被视为行业标准。
本文将介绍机械设计师对于这两款软件的熟练应用。
一、AutoCAD软件AutoCAD是一款由美国Autodesk公司开发的计算机辅助设计和绘图软件。
它提供了一系列强大的设计工具和功能，适用于各种设计和制图任务。
机械设计师使用AutoCAD可以完成以下工作：1. 2D绘图：AutoCAD提供了丰富的绘图工具，可以帮助设计师制作精确的2D图纸。
设计师可以利用直线、圆弧、多边形等工具来绘制零件和装配图。
此外，AutoCAD还支持快捷键操作，提高了绘图的效率。
2. 3D建模：除了2D绘图外，AutoCAD还可以进行3D建模。
设计师可以使用各种建模工具来创建复杂的三维实体和装配体。
这对于理解设计的空间关系、检查零件之间的干涉以及进行可视化展示都非常有帮助。
3. 参数化设计：AutoCAD的参数化设计功能使得设计师可以根据特定参数来调整设计。
例如，设计师可以轻松地改变零件的尺寸、角度或其他属性，并自动更新相关的图纸和装配体。
4. 图层管理：AutoCAD支持图层管理，设计师可以将不同的图元放置在不同的图层上，并对其进行管理。
这样可以使绘图更加清晰，方便修改和编辑。
二、CATIA软件CATIA是法国达索系统公司开发的一款综合性的三维计算机辅助设计软件。
它在汽车、航空航天、工业制造等领域得到了广泛应用。
机械设计师使用CATIA可以完成以下工作：1. 零件设计：CATIA提供了丰富的建模工具和参数化特性，设计师可以使用这些工具来创建复杂的零件模型。
同时，CATIA还支持各种模型操作，如剖切、偏置、融合等，使得设计师能够更好地控制模型的外形和尺寸。
2. 装配设计：在CATIA中，设计师可以将各个零件组装成装配体。
CATIA全参数化建模理念
CATIA全参数化建模理念CATIA全参数化建模是一种重要的设计理念，它在计算机辅助设计中起着关键的作用。
全参数化建模指的是通过参数化的方式来创建和修改模型，可以说是一种智能的设计方式。
在CATIA中，用户可以自定义各种参数，通过改变这些参数的数值，就可以对模型进行快速、精确的修改，从而提高设计的灵活性和效率。
全参数化建模的思想是将模型的每一个元素都用参数化的方式来定义，将设计过程中的尺寸、几何形状以及其他特性都作为可变的参数，而不是固定的数值或几何形状。
这样一来，只需修改相应的参数数值，就能够快速生成新的模型。
而且，全参数化建模还具有完整的关联性，通过改变一个参数的值，与之相关联的其他参数也会自动跟随变化，从而确保整个模型的一致性。
全参数化建模的优点之一是能够提高设计的灵活性。
在传统的设计过程中，当需要修改设计时，通常需要对模型进行全面的重建，或者进行繁琐的手工修改。
而全参数化建模则可以通过改变参数数值来快速修改模型，从而节省了大量的时间和精力，提高了设计的灵活性和响应能力。
此外，全参数化建模还可以帮助设计师在设计过程中进行参数优化，通过不同参数数值的组合，寻找最佳的设计方案。
另一个优点是全参数化建模可以提高设计的效率和准确性。
在全参数化建模中，模型的各个元素都是通过数学公式来定义的，而不是通过手工绘制或复制粘贴来创建的。
这就意味着，在创建和修改模型时，只需改变参数的数值，而不需要对模型的每一个元素进行手工操作。
这不仅节省了设计的时间，还能够避免因疏忽或疲劳导致的错误。
此外，全参数化建模还可以与其他设计工具和分析软件相结合，实现自动化的设计和分析过程，提高设计的效率和准确性。
然而，全参数化建模也存在一些挑战和限制。
首先，全参数化建模对设计师的技术水平要求较高。
设计师需要具备一定的数学和几何知识，以便能够正确地定义参数和方程式。
其次，全参数化建模的设计过程可能会变得相对复杂，因为需要考虑各种参数之间的关系和约束。
实验台CATIA人机分析
车辆人机工程学人机分析
题目：实验台操作人机模型分析
班级： 09铁道车辆2班
姓名：屈难平
学号: 20097831
1.人体模型的创建，首先打开CATIA操作界面，点击开始选中“人机工程学设计与分析”，选择“human builder”，如下图所示。
2.鼠标单击“Product3”，再点击右边工具栏的“人机模型”，并要建立的人机模型进行参数设置，如以下几个图所以。
3.参数设置完成后，点击确定按钮，生成人机模型，如下图所示。
4.点击“开始”，鼠标移至“机械设计”，选中“零部件设计”单击进入模型的建立，如下图所示。
5.建立一个实验台的模型，如下图所示。
6.在人机界面中选择“现有组件”插入人体模型到参考平面，如下图所示
7.插入实验台模型后如下图所示。
8.插入实验台后，人体很明显不能操作实验台，点击右边工具栏的“Posture Editor”对人体姿势进行调整，如下图所示。
9.人体姿势调整后向前倾斜17°，如下图所示。
10.点击右边工具栏的“Computes a reach envelope”，进行人机分析，结果如图所示，发现人还不能完全对实验台进行操作。
11.对人体姿势进行调整，再次分析，发现此时人能够完全操作实验台，结果如下图所示。
12.实验台人机分析完成。
CATIA参数化建模
CATIA参数化建模CATIA（Computer-Aided Three-Dimensional Interactive Application）是一款用于机械设计和产品开发的CAD（Computer-Aided Design）软件。
参数化建模是CATIA的一个重要功能，它允许用户通过设定参数和关系，实现模型的快速修改和更新。
本文将介绍CATIA参数化建模的基本概念、特点和应用。
1. 概述CATIA参数化建模是一种基于参数和关系的建模方法。
用户可以通过设定参数，如尺寸、角度、曲线等，来定义模型的几何形状和特征。
同时，用户还可以通过定义各个参数之间的关系，如等式、不等式、几何关系等，来控制模型的形状和结构。
参数化建模的一个重要特点是可以实时修改和更新模型，从而提高设计的灵活性和效率。
2. 参数化建模的优势参数化建模具有以下优势：（1）灵活性：通过修改参数和关系，可以快速调整和变换模型的形状和结构，满足不同设计需求；（2）可重用性：通过参数化建模，可以创建可重用的模型库，提高工作效率和质量；（3）自动化：CATIA可以自动生成依赖于参数和关系的特征，如孔、槽、倒角等，大大减少了手工建模的工作量；（4）可视化：CATIA通过图形界面展示模型的参数和关系，使用户更直观地了解模型的结构和特征。
3. 参数化建模的应用参数化建模广泛应用于机械设计、产品开发和工程分析等领域。
以下是一些应用实例：（1）机械设计：通过调整参数，可以快速设计出不同尺寸和形状的零部件，如螺母、齿轮、轴等；（2）装配工艺：通过参数化建模，可以模拟装配过程中的各种约束和运动关系，从而优化设计方案；（3）工程分析：通过修改参数，可以实时分析模型的应力、振动、热传导等工程特性，从而指导设计改进；（4）工艺规划：通过参数化建模，可以模拟加工过程中的各种约束和条件，评估加工可行性和效率。
4. 参数化建模的使用步骤参数化建模的使用步骤如下：（1）定义参数：根据设计需求，定义模型的参数，如长度、直径、角度等；（2）建立关系：通过选择不同的参数，建立它们之间的关系，如等式、不等式、几何关系等；（3）创建特征：根据参数和关系，创建特征，如孔、槽、倒角等；（4）模型修改：通过修改参数和关系，实现模型的快速修改和更新；（5）模型分析：通过修改参数，实时分析模型的工程特性，指导设计改进；（6）模型导出：将参数化模型导出为其他格式，如STEP、IGES 等，进行后续处理或制造。
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Catia参数化建模在人机设计方面的应用
【摘要】目前也有很多专业用于人机设计软件例如：UG，RAMSIS等。
但是作为设计人员来讲这些专门的软件有一定的弊端：或者是价格昂贵、或者与数据建模的软件版本不兼容需要转换数据、或者因为这些专业软件的设计过程都是固化的灵活性不能让设计师满意。
使用Catia参数化设计可以完成人机设计和法规校核等工作，并且可以直接修改参数更新数模一劳永逸。
本文将以内后视野设计为例进行参数化设计。
【关键词】人机工程；眼点；SGRP；参数化；Catia
一、前言
任何产品最终面向的客户都是人，产品给人带来的感受决定了产品的市场占有率。
因此所有产品的设计也就优先要考虑人机工程。
可以说汽车造型决定客户看不看车，而人机工程则决定客户买不买车。
汽车的人机设计的目的就是要开发出对于绝大部分百分位人体来说具有驾驶操纵高效、方便、舒适、不易疲劳、安全的乘坐驾驶环境。
因此人机工程的设计也成为整车设计中主要的性能之一。
目前也有很多专业用于人机设计软件例如：UG，RAMSIS等。
但是作为设计人员来讲这些专门的软件有一定的弊端：或者是价格昂贵、或者与数据建模的软件版本不兼容需要转换数据、或者因为这些专业软件的设计过程都是固化的灵活性不能让设计师满意。
使用Catia参数化设计可以完成人机设计和法规校核等工作，并且可以直接修改参数更新数模一劳永逸。
本文将以内后视野设计为例进行参数化设计。
二、汽车人机工程设计内容介绍
三、后视野设计Catia参数化建模步骤
1.内后视镜法规要求
a.后视镜必须能在其反射面上绘出一个以高度为40mm底边长为a的矩形，其中：
，如图1所示。
b.后视镜必须为球状凸面镜或平面镜镜。
c.r值对于I类内后视镜必须大于1200mm。
d.反射面边缘在框架内，框架周边点C值≧2.5mm；若不在框架内，则其周边点C值≧2.5mm，且突出部位在50N的作用力下，能回到框架内。
e.内后视镜应在驾驶员位置上可以调节。
f.在驾驶员眼点后60000mm处能看见20000mm的视野区域。
如图2所示。
g.对内后视镜：遮挡部分在与汽车纵向基准面垂直的铅垂面上时，其总和占所规定视野的15%以下。
h.后视镜的位置应保证驾驶员在正常驾驶状态下，能看清汽车后方和两侧道路上的路况。
2.Catia绘制步骤
1）输入从项目组得到的处于整车坐标系下后视镜数据。
2）在后视镜镜面上绘制国标要求矩形区域（如图1所示）。
3）确定驾驶员的眼点（如图3所示）。
4）确定后视镜旋转轴线（如图4所示）。
在常规曲面设计中用提取铰接轴销，并用绘制铰接轴销中心点，用绘制以中心点为原点，方向分别为z轴和y轴的两条线段，此两条线段即为旋转轴线（提示：应根据实际情况确定轴线）；
5）抽取镜面及镜面边界。
在常规曲面设计中用命令抽取内后视镜镜面，并用相同的命令抽取内后视镜镜面边界。
6）作镜面边界等分点。
用命令等分左右镜面边界，一般等分为30-50个点为宜。
7）通过等分点作镜面的垂线（镜像入射光线时会用到）。
用命令中的选项，依次通过每个等分点做镜面的垂线，长度自定（建议取30mm-50mm）。
（结果如5图所示）
8）通过左右眼点作入射光线。
用命令中的选项，依次连接驾驶员左右眼点和镜面边界等分点。
如图6所示（提示：在作入射光线时，左右眼点所发出入射光线颜色最好不一致，以免在以后的校核过程中出现错误）
9）通过镜面边界等分点垂线作入射光线的反射光线。
用命令依次将左右眼点的入射光线通过各自的镜面铅垂线进行镜像操作（如图7所示）。
10）延长反射光线并调整后视镜位置。
用命令中的选项，依次延长各条反射线。
（提示：因后视野有风挡玻璃黑边等遮挡物建议此反射光线延长至车长即可。
）
若反射光线区域不在后风挡玻璃中心区，用命令转动镜面使反射光线中心区处于后风挡玻璃中心区。
判断：若反射光线包含玻璃黑边则等分玻璃黑边，连接左右眼点的虚像与玻璃黑边并延长70m处地面。
若不包含则直接延长反射光线至70m处地面。
11）作地平面。
根据R点到地平面的距离，用命令创建平面，并在该平面内作地平面。
12）作地平面与反射光线的交点并以此连接交点。
双击命令，依次选择地平面和反射光线，作出地平面和反射光线的交点，用命令，依次选择反射线与地平面的交点。
作出的曲线如下图所示（如图8所示）。
13）绘制国标规定可见区域。
选择地平面，通过进入草图绘制界面，根据国家标准绘制下图所示线框区域。
14）判断后视野是否满足相关国家标准。
观察上一步骤绘制的线框是否在反射光线与地平面交点所连接曲线之内。
若在内，则表明该汽车后视野满足国家标准；若线框落在交点连接曲线之外（如9图所示）则表明该汽车后视野不能满足相关国家标准，需要进行调整或加大镜片等后续操作。
15）若因设计变更需要调整内后视镜布置位置或者更换镜面时可直接在结构树上修改参数和替换镜面曲面即可（如图10、11）。
四、总结
本文只是一内后视镜视野设计为例简单说明了Catia参数化设计在人机工程设计中的应用。
上文中所有人机设计均可采用catia参数化设计，不再依赖UG、RAMSIS等专业的人机设计软件。
运用参数化设计使得设计和修改过程变得十分简单，节省大量工作时间提高项目进展效率。
田欣（1987—），男，辽宁锦州人，工学学士，助理工程师，现供职于辽宁曙光汽车集团股份有限公司，主要从事汽车研发及工业生产过程控制。
王国平（1981—），男，陕西西安人，工学学士，助理工程师，现供职于辽宁曙光汽车集团股份有限公司，主要从事汽车研发及工业生产过程控制。
宋崇（1988—），男，辽宁新民人，工学学士，助理工程师，现供职于辽宁曙光汽车集团股份有限公司，主要从事汽车研发及工业生产过程控制。