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CATIA 运动仿真 DMU 空间分析

CATIA 的 DMU 空间分析模块可以进行设计的有效性评价。它提供丰富的 空间分析手段，包括产品干涉检查、剖面分析和 3D 几何尺寸比较等。它可以进 行碰撞、 间隙及接触等计算， 并得到更为复杂和详尽的分析结果。 它能够处理电 子样机审核及产品总成过程中经常遇到的问题， 能够对产品的整个生命周期 (从 设计到维护)进行考察。 DMU 空间分析能够处理任何规模的电子样车，它适用 于从日用工具到重型机械行业的各种企业。

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X.1 相关的图标菜单
CATIA V5的空间分析模块由一个图标菜单组成：

空间分析(DMU Space Analysis)
Clash: 干涉检查
Sectioning: 剖面观察器
Distance and Band Analysis: 距离与自定义区域分析
Compare Products: 产品比较
Measure Between: 测量距离和角度
Measure Item: 单项测量
Arc through Three Points: 测量过三点的圆弧
Measure Inertia: 测量惯量
3D Annotation: 三维注释
Create an Annotated View: 建立注释视图
Managing Annotated Views:管理注释视图
Groups: 定义产品组

x.2 空间分析模块的环境参数设定
在开始使用 CATIA V5的空间分析模块前，我们可以根据自身的习惯特点， 合 理地 设定 其环 境参 数。 在菜 单栏 中使 用下拉 菜单 Tools>Option>Digital Mockup 打开 DMU Space Analysis 的环境参数设定界面，在此窗口中有六个标 签，分别对应不同的参数设定。
x.2.1 干涉检查设置(DMU Clash)

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该设置针对 Clash 命令，允许设置以下内容：
Retrieve Information：得到干涉的结果
From previous computation：从前一个计算得到分析结果
From PDM(UNIX only with ENOVIAVPM)：从 PDM 中得到分析结果 (在 UNIX 系统下是 ENOVIA VPM)
None： (缺省)无比较
Results Window /Automatically open： 当进行干涉检查时自动打开结果显示 窗口
Display in Results box：设置缺省的显示条目
list by conflict：冲突列表
list by product：产品列表
First line automatically selected： (缺省)自动选择冲突列表或产品列表
的第一行
Type of Computation：设置冲突的缺省类型和缺省的安全距离
During Initial Computation：计算并显示所有冲突的深度和最小距离

x.2.2 干涉检查细节设置(DMU Clash –Detailed Computation)

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该设置针对 Clash 命令，允许设置以下内容：
Level of Detail：设置细节的级别
Element： (缺省) 让用户全面地工作于产品级别， 直到查明有关的元素。 Product：仅仅得到产品级别的信息。
注意：只有设置成 Element，才能得到详细的分析结果。
Clash Result：指定干涉检查结果的显示图形
Curve：计算干涉并显示成红色的相交曲线
None：不生产红色的相交曲线
Contact & Clearance Result：指定接触和安全距离分析结果的显示图形
Triangle：当产品之间是接触关系，或者是在指定的安全距离以内时， 分别地进行计算并显示成黄色和绿色三角形
注意：三角形显示可能会降低性能。
Surface：当产品之间是接触关系，或者是在指定的安全距离以内时，分 别地进行计算并显示成黄色和绿色三角形
针对该选项， 用户必须设置精度。 该精度值定义为分析结果的所有显示三角 形的最长边的最大值。分析结果通常显示为黄色和绿色曲面。
None：不生产显示三角形或曲面
Numeric Result：
Penetration depth or minimum distance：显示干涉的最大深度和最小的
安全距离
None：不显示干涉的最大深度和最小的安全距离

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x.2.3 干涉检查渗透模式设置(DMU Clash – Penetration)

Mode of Penetration：设置所计算的干涉值的模式
Element： (缺省)该模式中，干涉深度是指沿着干涉方向上的可视相交 区域的深度，并显示其最大值
注意：不能使用该计算结果来移动产品以避免干涉。
Product：使用该模式， 显示的数值(带方向) 是指将产品沿着指定方向 移动该数值大小的距离(最小)就可以避免干涉的产生
x.2.4 干涉检查输出设置(DMU Clash – Publish)

该选项可以设置 XML 格式文件的输出：
Default path：设置 XML 格式文件的默认输出位置
Style sheet：设置输出文件的风格面板
Browser automatically opened： 当干涉结果输出后， 自动打开一个浏览器并 显示结果

x.2.5 剖面观察器设置(DMU Sectioning)

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Section Planes：设置截平面的缺省设置
Default color：设置截平面的缺省颜色
Normal X, Y, Z：指定截平面的法向与绝对坐标系的 X、 Y、 Z 轴中哪个 方向一致
Origin：指定截平面的中心位置是绝对零点，或者是所选择产品的中心
Hide the plane in the No Show space： 将截平面放置在隐藏空间 (若不选 取该选项，则剖切平面放置在显示空间)
Automatic computation of the result：修改截平面设置时自动更新显示
Section Grid：设置截平面的二维视图的网格设置
Absolute Mode：网格按照绝对坐标系统显示
Relative Mode：设置网格中心位置在剖切平面的中点
Style：设置网格显示为直线或交点
Automatic filtering：选择后，在缩放时自动调整显示的网格
Steps：设置网格的相邻两根直线的距离，缺省值为 100，单位为当前单
位
Results Window：设置分析窗口的缺省选项
Automatically open：选择剖面观察器命令时自动显示分析窗口
Always 2D view：总是在分析窗口中显示截面的二维视图
Automatically reframe:当在作图区操作剖切平面时，自动在分析窗口和

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预览窗口中匹配显示结果
Section fill：在分析窗口中填充截面
x.2.6 距离分析设置(DMU Distance)
该选项针对 Distance and Band Analysis 命令，可以进行以下设置

Results Window/ Automatically open:自动显示分析窗口
XML Publish Default Directory：设置 XML 格式文件的输出(只针对连接 面分析命令)
Default path：设置 XML 格式文件的默认输出位置
Style sheet：设置输出文件的风格面板
Browser automatically opened：当结果输出后，自动打开一个浏览器并
显示结果

x.3 空间分析命令详解
本节将详细地介绍数字化电子样机模块的相关功能。

x.3.1 干涉检查(Clash)
在用 CATIA V5进行装配设计后， 我们必须进行干涉检查， 以保证各元件设 计的合理性。
一、干涉检测
1．从菜单栏中选择 Insert Clash，或者单击图标，出现“Check Clash”
对话框，相应地，在结构树上出现 Interference 条目。

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2．这时，我们可以定制分析的名称，并通过 Type 的下拉式菜单选择需要 分析的冲突的类型：
Contact + Clash：分析接触和干涉
Clearance + Contact + Clash：分析产品之间是否离开指定的距离
Authorized penetration：指定一个富余的干涉距离，分析各个产品在该 距离之内的干涉情况。这种分析类型主要应用于柔性产品，如电缆、接头等。
3 ．我们还可以通过第二个下拉式菜单选择分析的类型：
Inside one selection：在一个指定的元件中， 检测该元件的每一个产品之 间的关系
Selection against all：检测某个指定的元件中的每一个产品与整个文档中 的所有其它产品之间的关系
Between all components： (缺省)检测每一个产品与整个文档中其它产 品之间的关系
Between two selections：检测第一个元件中的每一个产品与第二个元件 中的每一个产品之间的关系
4．除了在第 3 步中选择 Between all components 外，我们必须指定检测的 产品。
5．单击 Apply，执行检测。
二、检测结果说明
1. Clash Tool 工具栏中的菜单都被激活了：
在另一个窗口中显示干涉检查结果
重新构造干涉检查显示窗口的大小
将分析结构输出
2. Check Clash 对话框扩展为下图，显示检测结果：

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图中状态灯显示红色，并指出有 4 处冲突，包括 2 处接触， 2 处在指定距
离以内。
其状态灯通常会用三个图标表示：
：至少有一处相关的冲突
：没有相关的冲突，但是至少有一处冲突没有被检测出
：没有任何冲突
而检测结果会用以下三种方式显示：
List by Conflict： (缺省)按照每行一个冲突显示
List by Product：按照产品显示，这时可能行数会多于产品数(因为有 些产品可能会有多个冲突)
Matrix：用矩阵的形式显示冲突
我们还可以用过滤器(Filter)来定制分析结果：
Type of interference：冲突的种类 冲突，接触，在指定距离以内
Value：根据冲突值设置过滤器
不设定关于冲突值的过滤器，按照递增关系，按照递减关系
Status：按照冲突的状态设置过滤器
所有状态，没有检测，有关的，无关的
注：如果不在 Check Clash 窗口中选择具体的冲突项，所有的冲突项都

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显示为“没有检测”；检测以后的冲突有可能是有关或无关的。
Info (available when comparing results)：没有相关的冲突，但是至少有 一处冲突没有被检测出
对于设置的过滤器，一定要单击 Apply filters 来更新显示结果。
如果要对某些冲突加上注释，我们可以单击该冲突的 comment 区域，添加
注解。

3. 在分析预览窗口中，我们可以看到用不同颜色表示的分析情况，缺省状 态下如图：

Clash：红色相交曲线
Contact：黄色三角形
Clearance：绿色三角形
三、更加详细的分析结果
用 List by Product 来显示分析结果，然后单击


按钮，得到更详细的

结果。

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我们先介绍显示过滤器(Visualization):
All products：显示所有产品之间的检测结果
Product：显示与当前冲突有关的产品
Element：显示与当前冲突有关的元素
Show / Show： (下拉式)显示，隐藏或用暗颜色的几何体来替代与冲突 有关的两个产品
All cases： (下拉式)选择自己需要的图形表示法，包括所有的图例，没 有图例，最少的图例三种
在列表中双击 VALVE，我们可以看到，在“ Product”模式下， VALVE 和 BODY1， BODY2， LOCK， TRIGGER 四个产品之间检测出有冲突，我们可以 用 Previous 和 Next 在冲突之间转换。针对每一个冲突，在 Detailed Results 窗 口中可以看到详细的分析结果(如果是干涉，则显示干涉渗透的方向)。
我们可以转换到 Element 模式下：

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在 Detailed Results 窗口中显示了各个冲突的具体元素。
单击 Deselect 按钮，去除当前选择的项目。
四、输出分析结果
1. 单击图标，出现 Save As 对话框;
2. 设置输出文件类型(缺省为 XML 文件类型)；
3. 指定保存路径；
4. 输入文件名；
5.单击 Save 保存文件。

x.3.2 剖面观察器(Sectioning)
在 CATIA V5中，我们还可以通过剖面观察器来分析装配中各个组成元件之 间的关系。下面我们来详细地介绍剖面观察器。
一、生成截平面
从菜单栏中选择 Insert Sectioning，或者直接单击图标，激活剖面观察 器命令，系统自动运用生产单截面的命令，出现 Sectioning Definition 对话框 和 Preview 窗口， 相应地， 在结构树上出现 Sections 条目， 并且自动生产一个平 面。该平面为主平面。

在 Sectioning Definition 窗口中单击 Name ，可以指定剖面观察器的名称。
如果没有预先进行选择， 生成的平面将对所有显示的元件进行截面分析； 如 果预先选择了某些元件， 生成的平面只对已选择的元件进行截面分析。 也可以单 击 Selection，重新选择需要进行截面分析的元件。
在缺省状态下， 自动生成的平面通过已选择的元件的几何中心并平行于绝对

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坐标系中的 YZ 平面。该平面有边界和自己的坐标系统， U、 V 和 W 代表三个 轴， W 轴表示平面的法向，边界轮廓显示为红线。
单击 OK 退出剖面观察器。
我们可以通过该截平面的属性对话框(Properties)来更改名称、颜色、线型、
大小等属性。

二、操作截平面
1. 粗略地定义截平面的大小并进行移动、旋转等操作：

a) 定义大小


b) 移动


c) 旋转

a) 将鼠标移动到平面的边界上，拖动指示箭头，定义平面的大小；
b) 将鼠标移动到平面中，拖动指示箭头，平行移动平面的位置；
c) 将鼠标移动到平面的坐标轴或坐标系边界上，拖动指示箭头，绕坐标轴 旋转平面。
我们注意到，当我们操作截平面时，预览窗口中的截面显示会相应变化。
2. 精确地定义截平面。
在 Sectioning Definition 窗口中选择 X、Y、 Z， 可以定义剖切平面的法向 (W 轴)沿着哪一条绝对坐标轴。
要使剖切平面的法向反向，可以在作图区双击 W 轴，或者在 Sectioning Definition 窗口中单击图标。
图标用来编辑截平面的位置和大小：

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X、 Y、 Z 代表截平面的中心点坐标在绝对坐标系中的数值。
Width、 Height 表示截平面的宽度(V 向)和高度(U 向)， Thickness 表示 在使用剖切薄片和剖切盒子功能时两个截平面之间的距离。
Translations 功能可以让截平面沿着 U、 V、 W 方向移动指定的距离。 Rotations 功能可以让截平面绕着 U、 V、 W 轴旋转指定的角度。
如果某一步操作有误，可以使用 Undo Last Move/Redo Last Move 来撤销、 重做最后一步操作。
3. 图标用来恢复截平面到初始位置。
4. 图标用来指定截平面的法向沿着所选择的几何元素的切矢方向。系统 能自动捕捉回转体的旋转轴作为截平面的法向，可以按住 Ctrl 键来关闭这种自 动捕捉功能。 该功能还可以使截平面沿着曲线、 边界或曲面移动： 选取目标元素， 单击， 再按住 Ctrl 键， 沿着目标元素移动光标， 则截平面随光标移动而移动，
预览窗口中出现相应的截面形状。
三、生成双截面
在 Sectioning Definition 对话框中的下拉命令中选择图标，建立双截面。 在预览窗口中自动更新截面图形。

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后生成的平面为副平面，平行于主平面，两平面的边界轮廓都显示为红色。
当 鼠标放 置在副 平面 的边界 上时可 以通过 移动鼠 标来 更改两 平面间 的距离
(Thickness)。
四、生成盒状剖切
在 Sectioning Definition 对话框中的下拉命令中选择图标，生成盒状剖切。
在预览窗口中自动更新截面图形。

剖切盒子的边界轮廓用红色线条表示。 同样， 我们可以通过拖动边界和盒子 的六个面的方法来改变其主、副平面大小和两平面之间的距离 (Thickness)。
该命令可以指定需要剖切分析的部位的大小。
五、生成三维断面
在 Sectioning Definition 对话框中的下拉命令中选择图标，在作图区生成 三维断面。

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该命令去除截平面法向反方向的部分， 但系统也会自动调整截平面的法向以 方便当前视图。
在截取工具不同时，会出现不同的效果：

双截面

六、冻结断面形状

盒状剖切

有时我们需要将作图区和预览区的截面形状固定住， 以作为一个截面操作的 历史，我们可以单击图标 ，这时，不管在作图区怎样操作截平面，在以上三
个窗口中显示的图形都不变。
七、截面的二维视图
单击图标 生成一个单独的截面二维视图，该视图窗口自动地和主文档窗
口竖直平铺，并通过一个前视图来显示截面形状。

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在视图中单击鼠标右键，弹出快捷选项，如图：
和：将截面形状绕水平轴/竖直轴翻转 180°
和：将截面形状绕原点逆时针/顺时针旋转 90°

将图形放置在合适位置后，可以通过以下渲染方式表现截面图：
在二维视图中是否填充截面(缺省状态为填充截面)
在二维视图中是否显示网格
编辑二维视图中显示的网格

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在 Edit Grid 对话框中，各个选项的意义如下：
Mode：定义截面的二维视图的原点是绝对坐标原点还是所选择的元件的 几何中心
Style：定义网格是用直线表示还是用短的相交直线表示
Steps：定义网格的步距
Automatic filtering：在二维视图窗口中缩放图形时，自动调整网格的显 示级别
Defaults：使用缺省的步距设置
注意： 即使自定义了网格的步距， 当退出二维视图窗口后， 再次进入二维视 图窗口或修改以前生成的二维视图时，系统会以缺省的设置步距来显示视图。
在网格线上单击鼠标右键，弹出快捷选项，如图：

Coordinates：在网格线的交点上显示坐标值
Clean All：清除坐标值
在 二 维 视 图 中 我 们 也 可 以 检 测 干 涉 情 况： 在
Sectioning Definition 对话框中单击图标，在二维视
图中将高亮显示干涉情况(见右图)。
八、注释
在二维视图中我们可以对截面形状的最小距离、 角度等属性进行测量并将测

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量结果当作注释放置在视图中。
我们也可以单击三维注释图标在二维视图中添加文字注释。
九、保存二维视图
1. 使用捕捉命令
激活需要输出的窗口，在菜单栏中选择下拉菜单 Tool>Image>Capture， 在 Capture 工具栏选择矢量模式，再选择保存，可以将截面形状保存为各 种 CGM 格式的文档。
2. 使用输出命令
在 Sectioning Definition 对话框中选择，显示 Save As 对话框，指定保存
路径和文件名，选择一种文件格式，单击 Save 完成输出。
CATPart： CATIA V5的三维数据格式
CATDrawing： CATIA V5的二维数据格式
dxf/ dwg： DXF/DWG 数据格式
igs： IGES 数据格式
model： CATIA V4的数据格式
stp： STEP 数据格式
wrl：虚拟现实建模语言 (VRML)
十、自动更新二维视图
在 Sectioning Definition 对话框中单击自动更新
命令，选择 OK 退出。当我们在作图区用罗盘移
动某元件时，其与截平面的相交形状自动在三维图
形中进行更新。取消该命令，只需再次单击。

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打开自动更新 关闭自动更新
十一、使用弹出菜单
当建立一个剖面观察器后，在结构树上选择 Sections 条目，单击鼠标右键，
激活弹出菜单。

Definition…：更改所选择的 section 的设置
Update the section：手动地更新所选择的 section
Activate/Deactivate the auto-update：激活/关闭自动更新设置
Activate/Deactivate the section cut：激活 /关闭三维断面
Export the section(s)：保存二维视图
Select the product(s)：在结构树上高亮显示与该 section 相关联的元
件。

x.3.3 距离与自定义区域分析
一、简介
在装配环境中，为了保证设计的精准
度， CATIA V5 的电子样机的空间分析模

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块提供了距离与自定义区域分析命令， 可以测量两个元件之间的最小距离和沿坐 标轴 X、 Y、 Z 方向的距离。
我们也可以计算并显示两个元件在给
定的区域之间的部分。例如，我们需要知
道是否有足够的空间来安置方向盘(非红
区域)， 同时也要确定当手放置在方向盘上
时可以触摸到哪些物体(绿色区域)。
A 的绿色区域是指其中的所有点到 B
的距离都在用户定义的范围内。
A 的红色区域是指其中的所有点到 B
的距离都小于用户指定的最小距离。
距离分析命令可以和其它的空间分析命令结合起来使用。 例如， 可以直接在 距离分析结果窗口中单击剖面观察器命令，生成的截平面平行于最小距离的方 向，中心位于该测量距离的中点， 并且还可以使用各种操作截平面的方法来移动、 旋转、定位该截平面。
二、测量最小距离和沿坐标轴 X、 Y、 Z 方向的距离
从菜单栏中选择 Insert Distance and Band Analysis，或者直接单击图标
，出现 Edit Distance and Band Analysis 对话框。

Type 的第一个下拉菜单中可以选择测量的方式：
Minimum： (缺省)最小距离
Along X：沿 X 轴
Along Y：沿 Y 轴
Along Z：沿 Z 轴
Band Analysis：自定义区域

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从 Type 的第二个下拉菜单中指定计算类型：
Inside one selection： (缺省)在所选择的元件中，计算该元件的各个产 品与其它产品之间的关系
Between two selections：计算第一个元件中的各个产品与第二个元件中 的各个产品之间的关系
Selection against all：计算所选择的元件中的各个产品与总装配中的所有 其它产品之间的关系
注意：
1. 在选择的元件中，其结构树上的所有子装配都参与计算；
2. 单击 Selection 1 窗口，该窗口变成深蓝色，其所选择的元件高亮显示；
3. 可以多选；
4. 要想取消已选择的元件，只需在结构树或作图区再次单击该元件即可。
现在我们使用 Minimum、 Between two selections 模式，并选择两个元件， 单击 Apply，出现分析预览窗口，原来的 Edit Distance and Band Analysis 对话 框也扩展为下图。

在 Results 中，系统给出了最小距离及其矢量，和起始、中止点的坐标值。
单击图标 生成一个单独的视图表示分析结果，该窗口自动地和主文档窗
口竖直平铺。
或者选择 Along Z，分析两个元件之间的 Z 向最小距离。

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单击 OK，结束命令。相应地，在结构树上出现 Distance 条目。
三、自定义区域分析
在 Edit Distance and Band Analysis 对 话 框 中 选 择 测量 方 式 为 Band
analysis，单击 Apply，扩展该对话框如下，并显示分析结果。

如果有必要，也可以指定测量精度 Accuracy。
该精度值定义为分析结果的所有显示三角形的最长边的最大值。 值越小， 精 度越高。
我们也可以使用 Visualization Filters 来设置绿色和红色曲面是显示、隐藏

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还是透明状态。设置完后，需要单击 Apply Filters 应用过滤器。
Products 的下拉菜单可以设置所选择的元件是否显示、 隐藏或透明。 但此菜 单只针对分析结果窗口中的显示情况。

在单击 OK 完成分析后，同样地在结构树上出现 Distance 的条目。
四、输出分析结果
Edit Distance and Band Analysis 窗口中的命令可以将分析结果输出成以
下格式：
model： CATIA V4的数据格式
cgr： CGR 格式
wrl：虚拟现实建模语言 (VRML)
xml： XML 格式
x.3.4 产品比较
CATIA V5的空间分析模块还提供产品比较功能， 可以比较两个零件或两个 装配之间的不同， 并确定哪些部位去除或增加了材料。 该功能主要应用于设计过 程的不同阶段和对某一产品作内部或外部 (客户要求) 修改时， 可以比较装配或 零件的不同之处。
一、可视比较模式(Visual Compare)
1. 从菜单栏中选择 Insert Compare Products，或者直接单击图标，出 现 Compare Products 对话框。

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该命令提供两种比较模式：
Geometric Comparison：装配或零件间的不同点用立方体来表示，并用 两个窗口分别显示增加和去除材料。
Visual Comparison： (缺省)比较关系完全可视，并出现一个分析结果 窗口。
Visual 模式提供更快更好的比较，主要表现在：
a) 比较的时间和分析结果窗口的大小成正比；
b) 分析结果窗口完全用象素表示，可以通过缩放来获得更好的显示。 在以上的比较模式中，我们可以指定参考坐标系：
(缺省)绝对坐标系
Use local axis systems：使用局部坐标系
2. 选择需要比较的元件。
注：需要比较的元件(装配或零件)一定要在同一个总装配中。并且，产品 比较功能不支持多选。
3. 单击 Preview，执行可视比较，出现分析结果窗口：
黄色：共有的部分
绿色：去除材料部分
红色：增加材料部分
4. 也可以通过滑动条来设置比较精度：

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比较精度与两个相比较的产品之间的改变部位的最小距离相 协调。值越大，显示图形越简单。
可以见到， 将比较精度调到 10 后， 绿色部位不再被认为是不 同的。
比较精度的缺省值是 0.4，推荐不要更改该设置。
注：可视比较模式不能保存比较结果。
二、几何比较模式(Geometric Compare)
5. 针对以上例子，选择几何比较模式。

6. 设置计算精度(缺省为 5mm)。
计算精度决定了用来表示增加或去除材料的立方体的尺寸。较小的值将减慢 计算速度，但能获得更精确的分析。
7. 设置显示精度。
我们也可以设置显示精度，将计算结果的粗糙的显示转变为较好的图像显 示。显示精度的缺省值等于计算精度的值。
8. 从 Type 的下拉菜单中选择比较的类型：
Added + removed： (缺省)计算材料的增加和去除
Added：只计算材料的增加
Removed：只计算材料的去除