本文探討研究了拖拉機車身曲面的CATIA在設計相關內容。

　　當今計算機圖形學的發展日新月異，給當代的工業設計提供了極大的便利，目前使用三維實體模型的設計軟件已經徹底地改變了傳統的工業設計模式，向工業設計提供了一個嶄新的創作平臺，通過正逆向設計，使產品造型在研發設計之初就能夠通過計算機三維模擬出來，然后對其進行虛擬裝配，在產品末生產前就呈現出具體的三維空間立體模型以供設計者比較分析，進而任意修改以提供多種方案。

　　1 CATIA軟件的特點

　　CATIA是IBM公司的個廣泛的CAD(計算機輔助設計)/CAM(計算機輔助制造)/CAE(計算機輔助工程)/PDM應用系統，CATTA外形設計和風格設計對設計零件提供了廣泛的集成化工具，該系統具有很強的曲面造型功能，故可以采用該軟件對拖拉機車身曲面進行設計。CATIA在被研發之初便是被定義于在汽車車身建模的基礎上，但隨著時代的進步，軟件的發展，它已經基本適用于各種設備三維建模的需要了，比如手機的模具等。對于拖拉機車身曲面的造型也可以參考CATIA對汽車車身曲面造型的方法，但是造型設計時要適應拖拉機自身造型的特點，比如曲面光順性不高但是結構強度要求比較高等一系列拖拉機車身的特點。拖拉機車身結構造型工作主要用到了CATIA軟件包的線架構與曲面設計(Wireframe and Surface Design )、自由造型( Freestyle)和草圖跟蹤( Sketch Tracer)模塊。

　　20世紀50，60年代，拖拉機車身造型多采用曲面、曲線、大圓弧過度的造型方式;70年代，出現直線、平面構成的梯形小圓角過度的造型風格;隨著現代工業發展以及審關觀的不斷進步，當今拖拉機車身外形逐漸向汽車車身造型設計方向靠攏，大曲面、小圓弧、楔形漸成為主流采用CATIA軟件可以建立出精確的拖拉機車身3D曲面模型，它能夠精確地反映出造型師的意圖，使造型師設計的現代復雜、優美、流線型的拖拉機曲面得以實現。這也是引入CATIA對拖拉機車身曲而進行設計的目的。

　　2 在拖拉機車身造型設計建模中的應用

　　2.1 車身曲面設計流程

　　當代的拖拉機車身一些復雜的輪廓是由不規則的三維曲面構成，車身設計是拖拉機車型開發系統工程中最為基礎的一個環節。拖拉機設計包括車身結構設計和車身造型設計。拖拉機造型設計是車身設計的最初步驟，是機車設計最初階段的一種綜合構思，它是車身CAD/CAM設計方法的一個主要工作，為以后車身結構的有限元分析、工藝設計及模具制造提供基礎。為了在設計和制造兩個部門之間更好地進行數字化銜接。便提出基于CATIA的拖拉機車身曲面設計理論。具體造型設計流程圖如圖1所示。

Fig.1 Flow Chart of Module and Design of Body

　　2.2 車身曲面設計及曲面分塊

　　拖拉機車身是指拖拉機除發動機和底盤外所有零部件的總稱。拖拉機車身造型設計主要是根據一些美學、形體組成、色彩和裝飾等方法，使拖拉機車身外型輪廓達到協調統一的設計方法。隨著農業機械的技術發展和中國加人WTO后國內市場的需求，農民朋友對拖拉機外觀造型的要求也是越來越高。富有優美曲線的造型能賦予產品更強的競爭能力，結構設計是為滿足造型設計要求進行的工業設計，要根據造型表面曲面分塊進而確定各總成的具體結構設計。所謂曲面分塊是為了計算機繪圖的方便，依據現有曲面理論和應用軟件曲面造型特點，再結合現有產品的實際外形情況，把拖拉機車身發動機覆蓋件曲面以及駕駛室曲面劃分為多個比較簡單、容易處理的曲面塊，在計算機中這些曲面塊根據實際的光順性要求再進行拼接和縫合，或用過渡表面與其連結，最終完成拖拉機車身造塑設計，實現拖拉機整車的車身的整體造型。所謂光順性包括以下幾個內容：曲線、曲面具有二階幾何連續性，即光滑性;沒有多余的拐點;曲率變化較均勻;符合設計師的主觀感覺要求。關于曲面分塊理論在汽車車身曲面設計中已經比較成熟，在對拖拉機車身進行曲面分塊時可參照汽車車身曲而分塊，但是對待當代拖拉機特有的小圓弧、楔形曲面應該區別對待加以分塊。

　　2.2.1 車身外形三維圖反求

　　利用CATIA軟件的Freestyle和Sketch Tracer模塊，在確定車身坐標原點以后，再根據資料上的拖拉機跨距、整車(長、寬、高)等一系列尺寸在CATIA視窗中反求實際車身大小外形草圖三維視圖，作為重新設計車身曲線曲面的基礎。當然也可以通過云點掃描l:1油泥模型的方式反求產品外塑三維視圖。

　　2.2.2 曲面分塊原則

　　曲面分塊必須根據被造型零件的形狀特征、所選曲面的類型、曲面的階數等方面來綜合考慮。當代拖拉機車身一些復雜的輪廓是由不規則的三維曲面構成，所以用一張曲面很難在保證精度的情況下去構建其三維數學模型。為了保證模型的設計精度通常就需要對拖拉機車身進行曲面分塊。對拖拉機車身可按如下的分塊原則：

　　1)在保證繪制曲線曲面的靈活造型功能基礎上，最大限度地減少分塊數目。

　　2)在曲面分塊時小能產生異形曲面，即所有曲面都必須是定義在四邊形域上。

　　3)曲面分塊的結果要便于CAD軟件的應用，即要便于數據輸入

　　4)曲面分塊要與現有的CAD軟件的造型功能和編輯功能相適應相配合使用。

　　2.2.3 曲線、曲面的建立

　　要高質量地完成一個較復雜拖拉機車身覆蓋件曲面的造型，需要具備計算機圖形學、機械制圖、機制工藝等方面的基礎知識，并對CAD/CAM軟件有一定的應用經驗。具體地說，首先要了解各種曲面的構造方法，其次要看懂圖紙能夠根據不同的技術要求，將曲面劃分為基本曲面和過渡曲面。

　　對拖拉機車身外形草圖進行初步分析，了解車身曲面。由于曲面是在曲線的基礎下生成的，生成正確的空間曲線是獲得曲面邊界、生成二維曲面的基礎，也是造型工作中的關鍵。對曲面的光順有著決定性的影響。

　　在兩張曲面之間生成第3張過渡曲而也是車身設計中常用的功能。由于拖拉機車身某些過渡面的圓角可能較小，而且形狀比較狹長，精確測量是極其困難的，在造塑時可以不將它作為主曲面處理，當然也不需要做出兩曲面的理論交線，而是在擬合好的兩張主曲面后自動生成過渡面。對車身表面分塊造型后將各部分裝配到一起，然后先進行車身各部分曲線的縫合，再進行曲面的縫合。最后就可以縫合好整張拖拉機車身發動機覆蓋件。

　　2.3 外形修正

　　在車身曲面創建設計過程中的各個階段以及在創建設計完成后，都要根據不同的對象采用相應的方法進行分析檢查。要隨時檢查所建曲面的狀況，分析檢查是貫穿整個設計過程的，是保證設計精度質量的重要手段。

　　2.3.1 CURVE

　　CURVE主要分析其光順性，特別是拖拉機柴油機攫蓋件不僅僅要求曲線連續，還要求曲率的變化要連續。經過曲率分析過的曲線才可以用來生成曲面。拖拉機覆蓋件大多數對光順性要求不像汽車那么高，有時在u，v方向做到一階幾何連續即可。

　　2.3.2 曲面分析

　　在構造曲面時要對曲面外形進行分析，要分析曲面的品質，檢查曲面或曲線間的細縫大小以及其連續性，檢查曲線、曲面的曲率變化情況等，對曲線、曲面的光順性、扭曲、切率變化也應該注意分析，然后及時修改。

　　2.3.3 渲染檢查

　　在車身全部曲面生成而且拼接完成后，則要對整體曲面進行評價，這可以采用CATIA軟件進行光照效果渲染檢查整體造型效果，通過改變光源位置、變換曲面的顏色、變換觀察視角等方法來檢查曲面的拼接光滑性，再根據處理后的圖像光亮度的分布規律來判斷出曲面的光順度。圖像明暗度變化均勻，則曲面光順性好，反之亦然。車身曲面造型完成以后，可用打印機輸出彩色造型圖，當然也可用大屏幕投影設備在大屏幕上投影顯示。然后進一步檢查過渡曲面的拼接的光順性。

　　3 結論

　　這里提出了一種基于CATIA反求出拖拉機車身三維模型基礎上進行拖拉機設計的新思路，即從拖拉機反求三維設計效果圖出發，采用CATIA的線架構與曲面設計模塊曲面造型技術對拖拉機車身曲面進行設計，為日后進行產品并行設計打下基礎，簡化了整個設計過程，縮短了新產品開發周期。