■王 琛李 泉王 碩郁舒蘭陳業(yè)曼Wang Chen& Li Quan& W ang Shuo& Y u Shu lan& Chen Yem an（.南京林業(yè)大學(xué)家具與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇南京 0037；.南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇南京 0037）

基于CATIA的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在家具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

■王 琛1李 泉2王 碩1郁舒蘭1陳業(yè)曼1Wang Chen1& Li Quan2& W ang Shuo1& Y u Shu lan1& Chen Yem an1
（1.南京林業(yè)大學(xué)家具與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇南京 210037；2.南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇南京 210037）

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是家具設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢。在CATIA軟件的基礎(chǔ)上，以梳妝柜為例完成了家具的三維建模與裝配設(shè)計(jì)流程。使用零件設(shè)計(jì)模塊完成三維模型建立，通過裝配設(shè)計(jì)模塊實(shí)現(xiàn)各零部件的裝配并生成爆炸圖，最后由電子樣機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的真實(shí)化模擬?；贑ATIA的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用，對提高家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率有重要意義。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；家具；CATIA

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、組織模式，推動(dòng)了企業(yè)的進(jìn)步。CATIA作為功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域［1］。本文以梳妝柜為例，在CATIA中對其各零部件進(jìn)行三維建模、裝配設(shè)計(jì)、裝配爆炸與裝配動(dòng)畫等操作，實(shí)現(xiàn)了CATIA軟件在家具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為家具開發(fā)提供一條新思路。

1　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是指在設(shè)計(jì)流程中，利用計(jì)算機(jī)作為工具，幫助設(shè)計(jì)和工程人員在計(jì)算機(jī)上模擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、裝配、仿真等一系列過程。在新產(chǎn)品的開發(fā)中，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用，可以使產(chǎn)品的品質(zhì)更加優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率。

CATIA是一款全面的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。它的三維建模都是基于草圖的參數(shù)化建模，造型手段包含布爾操作和參數(shù)化造型。CATIA的外形設(shè)計(jì)功能更加靈活，相對于其它三維軟件，它的曲面造型功能更為強(qiáng)大。此外，CATIA在機(jī)械加工和機(jī)械仿真領(lǐng)域提供了業(yè)內(nèi)最完善的解決方案。CATIA無與倫比的2D和3D設(shè)計(jì)功能，深受設(shè)計(jì)人員的喜愛。它的實(shí)用性在于提高了企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中的效率。同時(shí)，CATIA具有無與倫比的性能和價(jià)值，是技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域內(nèi)的先驅(qū)，擁有廣泛的用戶群［2］。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，業(yè)界已運(yùn)用各種三維軟件對家具進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。CATIA不光具有功能齊全、應(yīng)用廣泛的優(yōu)點(diǎn)，而且解決方案覆蓋所有產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，符合所有工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小企業(yè)。因此，將CATIA軟件用于家具設(shè)計(jì)中是一條新的思路。

2　CAT I A在家具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

2.1三維建模

創(chuàng)建三維模型是CATIA進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是以簡單的零件建模為基礎(chǔ)，而零件建模的基本組成單元是三維實(shí)體特征。三維實(shí)體特征是創(chuàng)建工程圖、裝配設(shè)計(jì)、電子樣機(jī)以及虛擬仿真等后續(xù)工作的基礎(chǔ)。三維模型建立的方法有兩種，一種是以立方體、圓柱體、錐體等基本體素，通過交、并、差等布爾運(yùn)算，生成復(fù)雜的模型；另一種是以草圖為基礎(chǔ)，建立基本特征，以修飾特征的方式創(chuàng)建模型。兩者都能生成真實(shí)而唯一的三維實(shí)體，CATIA側(cè)重的是第二種建模方法。一般過程如下：①定義一個(gè)用于定位的三維坐標(biāo)系或者三個(gè)垂直的空間平面；②選擇其中一個(gè)面作為二維平面幾何圖形的繪制平面；③在二維平面上繪制所需的截面、軌跡線等二維草圖；④由二維草圖形成三維實(shí)體；⑤增加修飾特征，完成三維模型。本梳妝柜的三維建模采用的是第二種建模方法，以面板三維建模為例，將圖1所示的面板工程圖紙轉(zhuǎn)化為二維平面的草圖，退出草圖模式，通過凸臺(tái)、凹槽、布爾運(yùn)算等操作將二維草圖變成三維實(shí)體，最后增加特征修飾，完成如圖2所示的三維模型。用同樣的方法可以完成其余零件三維模型的建立。

2.2裝配設(shè)計(jì)

一個(gè)產(chǎn)品往往由多個(gè)零件組合而成，裝配設(shè)計(jì)模塊用來建立零件間的約束關(guān)系及相對位置關(guān)系。按照裝配流程，裝配設(shè)計(jì)可以分為裝配準(zhǔn)備、裝配約束、裝配上下文設(shè)計(jì)、裝配分析等步驟。其作用是表達(dá)產(chǎn)品或零部件的結(jié)構(gòu)形狀、裝配關(guān)系、技術(shù)要求和工作原理等，是進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝配、檢測和維護(hù)的重要階段［3］。裝配設(shè)計(jì)有兩種基本方式：自底向上的裝配方式和自頂向下的裝配方式［4］。自底向上的裝配方式是CATIA中最常用的裝配方式，兩種方法也可以混合使用。定義裝配約束可以指定零件相對于裝配體中其它部件的放置方式和位置。裝配約束的類型包括相合、接觸、固定、偏移等等。本梳妝柜的裝配設(shè)計(jì)采用的是自底向上的裝配方式，梳妝柜主要由門板、背板、側(cè)板、橫檔、抽屜、路軌墊條、飾板、飾線、腳座等零件組成，通過相合、接觸等裝配約束實(shí)現(xiàn)了零件和零件間的裝配。裝配后的梳妝柜如圖3所示。此外，裝配過程中還要對裝配順序和裝配路徑進(jìn)行規(guī)劃，綜合考慮效率、效益等因素，避免干涉碰撞，實(shí)現(xiàn)裝配過程的最優(yōu)化。

2.3裝配爆炸與裝配動(dòng)畫

裝配爆炸是在裝配設(shè)計(jì)下把組成裝配的零件沿指定的方向爆炸開，即離開零件實(shí)際的裝配位置，可以方便用戶查看裝配中的零件及其相互之間的裝配關(guān)系，以及所包含的零件數(shù)［5］。裝配爆炸圖與顯示部件是相互關(guān)聯(lián)的，在任意視圖中對顯示爆炸圖形進(jìn)行編輯操作，會(huì)對非爆炸圖形中的部件產(chǎn)生影響［6］。實(shí)現(xiàn)裝配爆炸的方式有兩種：一種是在Move工具欄中選擇爆炸工具按鈕，通過羅盤移動(dòng)零件，實(shí)現(xiàn)爆炸圖生成；另一種是在電子樣機(jī)模塊中，進(jìn)入DMU瀏覽器工作臺(tái)，通過DMU移動(dòng)實(shí)現(xiàn)組件的平移、旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝配爆炸。本梳妝柜采用第二種方法，即在DMU瀏覽器中通過DMU移動(dòng)工具將梳妝柜的各個(gè)零件按一定規(guī)則拆開，最終裝配爆炸如圖4所示。

裝配動(dòng)畫由CATIA電子樣機(jī)模塊完成。電子樣機(jī)模塊是對產(chǎn)品進(jìn)行真實(shí)化的計(jì)算機(jī)模擬，提供用于加工制造、工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配的模擬環(huán)境。創(chuàng)建裝配動(dòng)畫需要經(jīng)過三個(gè)步驟：首先創(chuàng)建模擬動(dòng)畫，模擬動(dòng)畫是將圖形區(qū)模型的移動(dòng)步驟記錄下來；其次創(chuàng)建跟蹤動(dòng)畫，跟蹤動(dòng)畫是將圖形區(qū)的模型移動(dòng)步驟保存成軌跡的形式，它是創(chuàng)建裝配動(dòng)畫的基礎(chǔ)；最后編輯動(dòng)畫序列，編輯動(dòng)畫序列是將已經(jīng)創(chuàng)建的追蹤軌跡進(jìn)行必要的排列，以便生成所需要的動(dòng)畫效果。本梳妝柜在裝配爆炸圖制作中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了零件模型的移動(dòng)，記錄下模型移動(dòng)的軌跡，完成記錄后，所有的軌跡被匯總到編輯序列工具欄中（如圖5所示），對工具欄欄中的所有序列進(jìn)行編輯，便可輸出裝配動(dòng)畫。

■圖1　面板工程圖

■圖2　面板三維模型

■圖3　梳妝柜裝配模型

■圖4　梳妝柜裝配爆炸圖

■圖5　編輯序列工具欄

3　結(jié)語

CATIA作為一款功能強(qiáng)大的工程軟件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過程中。本文使用CATIA軟件，以梳妝柜為例進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。表明了CATIA軟件在家具設(shè)計(jì)中應(yīng)用的可行性。CATIA軟件在家具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化生產(chǎn)過程，縮短生產(chǎn)周期都具有重要的意義和價(jià)值。

（責(zé)任編輯：賀 輝）

［1］張崢，蔡葳葳.基于CATIA虛擬裝配的研究［J］.科技資訊，2010，（11）：31.

［2］盧曙光，黃波，蔣笑笑.CATIA在活塞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù)，2015（1）：194-196.

［3］夏平均，陳朋，郎躍東等.虛擬裝配技術(shù)的研究綜述［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009（4）：2267-22691.

［4］董蓀，錢昀.虛擬裝配技術(shù)在家具中的應(yīng)用研究［J］.裝飾，2012（10）：121-122.

［5］王峻峰，李世其，劉繼紅等.計(jì)算機(jī)輔助裝配規(guī)劃研究綜述［J］.工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2005（2）：2-7.

［6］丁少卿，朱劍剛.基于EON Studio的家具虛擬裝配技術(shù)［J］.家具，2014，（1）：20-24.

CATIA-Based Computer-Aided Design Applying in The Design of Furniture

Computer-aided design is an inevitable trend in the development of furniture design. On the basis of CATIA software， Taking the drawer as example， completing 3D modeling and assembly design process.Using part design module completng three-dimensional modele，realizing the assembly of the various components and generating an exploded view through assembly design module， and finally realizing authenticity simulation for product through electronic prototype module. The application of CATIA-based computer-aided design is very important to improving the quality and efficiency of furniture design.

Computer-aided Design； Furniture； CATIA

TS664.01

A

1006-8260（2015）07-0014-02

引文格式：王 琛，李 泉，王 碩，郁舒蘭，陳業(yè)曼.基于CATIA的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在家具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.家具與室內(nèi)裝飾，2015，（07）：14-15.