基于CATIA的计算机辅助设计在家具设计中的应用

■王 琛李 泉王 硕郁舒兰陈业曼Wang Chen& Li Quan& W ang Shuo& Y u Shu lan& Chen Yem an（.南京林业大学家具与工业设计学院，江苏南京 0037；.南京林业大学汽车与交通工程学院，江苏南京 0037）

基于CATIA的计算机辅助设计在家具设计中的应用

■王 琛1李 泉2王 硕1郁舒兰1陈业曼1Wang Chen1& Li Quan2& W ang Shuo1& Y u Shu lan1& Chen Yem an1
（1.南京林业大学家具与工业设计学院，江苏南京 210037；2.南京林业大学汽车与交通工程学院，江苏南京 210037）

计算机辅助设计是家具设计发展的必然趋势。在CATIA软件的基础上，以梳妆柜为例完成了家具的三维建模与装配设计流程。使用零件设计模块完成三维模型建立，通过装配设计模块实现各零部件的装配并生成爆炸图，最后由电子样机模块实现对产品的真实化模拟。基于CATIA的计算机辅助设计的应用，对提高家具产品设计的质量和效率有重要意义。

计算机辅助设计；家具；CATIA

随着信息技术的发展，计算机辅助设计在各个领域得到了广泛的应用，从根本上改变了传统的设计、生产、组织模式，推动了企业的进步。CATIA作为功能强大的计算机辅助设计软件，已经广泛应用于机械设计与制造领域［1］。本文以梳妆柜为例，在CATIA中对其各零部件进行三维建模、装配设计、装配爆炸与装配动画等操作，实现了CATIA软件在家具设计中的应用，为家具开发提供一条新思路。

1　计算机辅助设计技术

计算机辅助设计是指在设计流程中，利用计算机作为工具，帮助设计和工程人员在计算机上模拟产品的设计、装配、仿真等一系列过程。在新产品的开发中，通过计算机辅助设计的应用，可以使产品的品质更加优化，提高生产效率。

CATIA是一款全面的计算机辅助设计软件。它的三维建模都是基于草图的参数化建模，造型手段包含布尔操作和参数化造型。CATIA的外形设计功能更加灵活，相对于其它三维软件，它的曲面造型功能更为强大。此外，CATIA在机械加工和机械仿真领域提供了业内最完善的解决方案。CATIA无与伦比的2D和3D设计功能，深受设计人员的喜爱。它的实用性在于提高了企业设计生产过程中的效率。同时，CATIA具有无与伦比的性能和价值，是技术创新领域内的先驱，拥有广泛的用户群［2］。

随着计算机技术的快速发展，业界已运用各种三维软件对家具进行计算机辅助设计。CATIA不光具有功能齐全、应用广泛的优点，而且解决方案覆盖所有产品设计与制造领域，符合所有工业领域的大、中、小企业。因此，将CATIA软件用于家具设计中是一条新的思路。

2　CAT I A在家具设计中的应用实例

2.1三维建模

创建三维模型是CATIA进行计算机辅助设计的主要任务之一。复杂的产品设计是以简单的零件建模为基础，而零件建模的基本组成单元是三维实体特征。三维实体特征是创建工程图、装配设计、电子样机以及虚拟仿真等后续工作的基础。三维模型建立的方法有两种，一种是以立方体、圆柱体、锥体等基本体素，通过交、并、差等布尔运算，生成复杂的模型；另一种是以草图为基础，建立基本特征，以修饰特征的方式创建模型。两者都能生成真实而唯一的三维实体，CATIA侧重的是第二种建模方法。一般过程如下：①定义一个用于定位的三维坐标系或者三个垂直的空间平面；②选择其中一个面作为二维平面几何图形的绘制平面；③在二维平面上绘制所需的截面、轨迹线等二维草图；④由二维草图形成三维实体；⑤增加修饰特征，完成三维模型。本梳妆柜的三维建模采用的是第二种建模方法，以面板三维建模为例，将图1所示的面板工程图纸转化为二维平面的草图，退出草图模式，通过凸台、凹槽、布尔运算等操作将二维草图变成三维实体，最后增加特征修饰，完成如图2所示的三维模型。用同样的方法可以完成其余零件三维模型的建立。

2.2装配设计

一个产品往往由多个零件组合而成，装配设计模块用来建立零件间的约束关系及相对位置关系。按照装配流程，装配设计可以分为装配准备、装配约束、装配上下文设计、装配分析等步骤。其作用是表达产品或零部件的结构形状、装配关系、技术要求和工作原理等，是进行产品设计、装配、检测和维护的重要阶段［3］。装配设计有两种基本方式：自底向上的装配方式和自顶向下的装配方式［4］。自底向上的装配方式是CATIA中最常用的装配方式，两种方法也可以混合使用。定义装配约束可以指定零件相对于装配体中其它部件的放置方式和位置。装配约束的类型包括相合、接触、固定、偏移等等。本梳妆柜的装配设计采用的是自底向上的装配方式，梳妆柜主要由门板、背板、侧板、横档、抽屉、路轨垫条、饰板、饰线、脚座等零件组成，通过相合、接触等装配约束实现了零件和零件间的装配。装配后的梳妆柜如图3所示。此外，装配过程中还要对装配顺序和装配路径进行规划，综合考虑效率、效益等因素，避免干涉碰撞，实现装配过程的最优化。

2.3装配爆炸与装配动画

装配爆炸是在装配设计下把组成装配的零件沿指定的方向爆炸开，即离开零件实际的装配位置，可以方便用户查看装配中的零件及其相互之间的装配关系，以及所包含的零件数［5］。装配爆炸图与显示部件是相互关联的，在任意视图中对显示爆炸图形进行编辑操作，会对非爆炸图形中的部件产生影响［6］。实现装配爆炸的方式有两种：一种是在Move工具栏中选择爆炸工具按钮，通过罗盘移动零件，实现爆炸图生成；另一种是在电子样机模块中，进入DMU浏览器工作台，通过DMU移动实现组件的平移、旋转等运动，实现装配爆炸。本梳妆柜采用第二种方法，即在DMU浏览器中通过DMU移动工具将梳妆柜的各个零件按一定规则拆开，最终装配爆炸如图4所示。

装配动画由CATIA电子样机模块完成。电子样机模块是对产品进行真实化的计算机模拟，提供用于加工制造、工程设计、产品装配的模拟环境。创建装配动画需要经过三个步骤：首先创建模拟动画，模拟动画是将图形区模型的移动步骤记录下来；其次创建跟踪动画，跟踪动画是将图形区的模型移动步骤保存成轨迹的形式，它是创建装配动画的基础；最后编辑动画序列，编辑动画序列是将已经创建的追踪轨迹进行必要的排列，以便生成所需要的动画效果。本梳妆柜在装配爆炸图制作中已经实现了零件模型的移动，记录下模型移动的轨迹，完成记录后，所有的轨迹被汇总到编辑序列工具栏中（如图5所示），对工具栏栏中的所有序列进行编辑，便可输出装配动画。

■图1　面板工程图

■图2　面板三维模型

■图3　梳妆柜装配模型

■图4　梳妆柜装配爆炸图

■图5　编辑序列工具栏

3　结语

CATIA作为一款功能强大的工程软件，已经被广泛应用于产品设计与制造过程中。本文使用CATIA软件，以梳妆柜为例进行计算机辅助设计。表明了CATIA软件在家具设计中应用的可行性。CATIA软件在家具设计领域的应用，对提高产品质量，降低生产成本，优化生产过程，缩短生产周期都具有重要的意义和价值。

（责任编辑：贺 辉）

［1］张峥，蔡葳葳.基于CATIA虚拟装配的研究［J］.科技资讯，2010，（11）：31.

［2］卢曙光，黄波，蒋笑笑.CATIA在活塞设计中的应用［J］.装备制造技术，2015（1）：194-196.

［3］夏平均，陈朋，郎跃东等.虚拟装配技术的研究综述［J］.系统仿真学报，2009（4）：2267-22691.

［4］董荪，钱昀.虚拟装配技术在家具中的应用研究［J］.装饰，2012（10）：121-122.

［5］王峻峰，李世其，刘继红等.计算机辅助装配规划研究综述［J］.工程图学学报，2005（2）：2-7.

［6］丁少卿，朱剑刚.基于EON Studio的家具虚拟装配技术［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 硕，郁舒兰，陈业曼.基于CATIA的计算机辅助设计在家具设计中的应用［J］.家具与室内装饰，2015，（07）：14-15.