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【摘 要】 CATIAV6平台是由达索系统推出的产品全生命周期管理（PLM）解决方案，本文结合某铸造工厂设计项目，从工艺规划分析、建筑性能仿真、三维协同设计以及设计成果交付等方面介绍了CATIA平台在工业厂房设计过程中的相关应用。
【关键词】 CATIAV6平台;工艺仿真优化;建筑性能仿真;参数化三维设计
1、引言
随着工程行业信息化发展水平的不断提高，建筑工程行业设计方法和设计理念也在不断革新。近年来，BIM以其可视化、协同效率高、参数化及对项目全生命周期的关注赢得了建筑行业市场的认可，并在国内的应用取得了较大发展。基于三维设计软件的协同参数化设计在工程行业设计领域的应用范围正变的越来越广泛。
CATIAV6是由全球3D设计、产品全生命周期管理（PLM）解决方案的领导者达索系统推出的3D体验平台，它基于ENOVIA管理，具有良好的设计协同与信息共享能力，并能够提供了完整的工业厂房设计解决方案。本文结合某铸造工厂设计项目，从工艺规划分析、建筑性能仿真、三维协同设计以及设计成果交付等方面介绍了CATIAV6平台在工业厂房设计过程中的相关应用经验。
2、工艺规划与仿真
2.1车间工艺布局规划。某铸造工厂项目总面占地积510亩，总投资99852万元、计划分三期三年建成，全部投产后，年生产能力20万吨，铸造车间主要由熔炼工段、制芯工段、造型工段、跑完工段以及清理工段等组成，可按照用户要求铸造、各种材质铸件毛坯及大型机械加工配件。
本文主要介绍本项目铸造车间的设计过程，在此过程中，工艺设计人员根据此铸造车间的工艺特点和车间生产纲领，借助DELMIA软件的工艺规划模块，将产品、工艺和生产资源（PPR）相关联，建立铸造车间的生产工艺布局模型。通过进行车间空间布局、干涉分析及全局物流仿真、生产瓶颈分析等，对车间内的工艺设施布局进行了多方案对比。依据DELMIA的工艺规划仿真结果，依据标准与规范对比选取最合理的铸造车间布局方案，并在此基础上重点对造型线上下型箱及合箱位置精确定位，提高了辊道和托盘利用率、缩短辊道长度，节省了资材、人力和能源。
2.2工段生产仿真分析。在铸造车间工艺布局方案确定后，依托已经构建的虚拟生产线平台，对生产线局部工段进行生产物流与瓶颈分析、设备利用率分析等，从而对已有的工艺规划方案再次进行验证、调整、更新和优化。
通过对各个工段关键设备的工作情况进行分析，结果表明各个工段设备的平均有效利用率均在70%～80%之间，且同类设备的有效利用率较为均衡。结合对仿真运行过程的观察可知，整个生产过程较为顺畅，未出现个别设备过忙或过闲的情况，各个关键设备的有效利用率相对合理，既可满足现有生产纲领的需要，同时又有一定的生产能力节余，可在一定程度上满足产量增大时的生产需要。
利用DELMIA对铸造流程进行仿真优化，为车间实现随需应变和准时生产提供解决方案，并与CATIA设计解决方案、ENOVIA和SMARTEAM的数据管理和协同工作解决方案紧密结合，从而提高贯穿产品生命周期的协同、重用和创新水平。
3、建筑性能仿真分析
3.1车间采光分析。模拟厂房在全年在9：00-17：00区间内自然光照度值达到300lux以上的比例，计算得出，厂房全自然采光比平均值為97.15%，制芯车间与打磨精装车间约可达100%，即在全年9：00-17：00区间内，无需人工照明的辅助即可达到需求照度，极大的减少了人工照明的时间，节约了照明能耗，铸造车间建筑采光分析的部分计算结果如图3.1所示：
3.2车间能耗分析。采用概念分析软件Vasari与能耗分析权威软件Energy Plus、Designbuilder结合，针对不同设计阶段的不同需求，进行能耗分析，达到目的的同时节省了大量时间;在深入设计阶段，采用Designbuilder与Energy Plus结合进行分析，计算采暖与制冷设计负荷及能耗模拟，深入对比各种因素对建筑能耗的影响，选定节能效果最优的方案。
3.3车间能耗分析。由于铸造车间污染较为严重，尤其是粉尘污染，因而对车间内部关键工位进行污染物发生及扩散规律仿真分析，验证污染源的房间、厂房通风方案的可靠性和可行性，以便于优化设计，保障车间生产员工的身体健康。铸造车间污染物发生及扩散规律仿真分析结果如图1、2所示：
图1 车间竖直剖面烟尘含量分布图 图2 中频炉正上方烟尘浓度分布图
4、三维协同设计
4.1基于骨架驱动的TOP-DOWN设计。在本项目设计初始，主师提取项目车间的设计骨架，在装配工作台中构造骨架零件，并将参考参数（点、线、面、控制变量等）发布，各专业设计人员在主骨架的控制下，构造子装配的骨架，不仅所有零件都是基于同一坐标系，而且可以使用DMU中空间分析功能，在设计的同时检查设计的合理性。
4.2参数化企业知识库创建使用。该项目设计过程中采用CATIA提供的知识工程模板功能，对通用性高的零件，例如管接头进行知识模板固化，建立零件级模板Family，便于设计过程中对同类型零件的调用。对于相对复杂的部件级的特征，项目实施中利用CATIA的知识工程模块，进行三维知识模板的开发。该模板不仅包含结构简单的零件级模板，而且包含结构相对复杂，体量相对庞大的部件级模板，例如工艺设计中的铸件造型线工段，对整个辊道系统制作模板Family，并将建好的构件模板放入到建好的目录结构中。不仅提高了三维设计的效率和质量，而且还确保同一零件不同设计人员之间的通用性和标准化。本项目设计过程中，知识工程模板的创建使用过程如图3所示：
图3 知识模板的创建使用
4.3公共专业的管线综合。公用专业涵盖多个专业子系统，管道种类多样，阀门仪表类型复杂，保温层厚度各不相同。各专业不同功能分区管线标高多变，且需要与相应工艺设备准确对接，由于该项目采取了全参数化建模的方法，使得设计过程变得更加简单，体量特征及设备形位关系均有函数关系驱动，公用专业设计精确和直观。 该项目设计中，对于错综复杂的各类管线，不仅进行了三维标注，而且能够在设计过程中依据各种需求进行三维实时设计和修改，及时有效的避开与其他专业之间的干涉，使得综合管线设计便捷、直观，管件及管接头依据线路变更自动调整。
4.4钢结构深化设计。本厂房为单层多跨钢结构厂房，辅房为混凝土框架结构。屋顶采用网架结构，承重柱采用钢结构，屋面采用彩钢屋面。设计过程中，利用CATIA提供的型材设計模块，对钢结构部分进行快速设计优化。同时，在设计过程中完成了钢结构节点设计，使得钢结构三维设计成果可达加工级精度，并且焊接、铆接、螺栓紧固等连接方式表达清晰直观，施工过程中，复杂节点的安装制作一目了然，有利于正确指导施工，减少施工失误，缩短施工工期，以及减少施工人员与设计人员之间不必要的沟通麻烦，充分利用设计合作、预制、模块化。在车间钢结构设计过程中，采取三维标注与二维标注相结合的方式，三维标注使得组件之间的形位关系清晰明了，降低了施工方的读图难度，并可结合其工程图模块直接给出钢结构预制件的加工工程图，生产厂家直接按其加工即可满足设计要求。
5、设计成果交付
项目三维设计完成后，利用CATIA提供的工程图模块可建立模型的平、立、剖二维图纸，由于采用了精细化建模，该图纸可直接用于加工生产。同时，借助3DVIA软件和自主开发的设计成果交付平台创建爆炸图、3D演示动画与交互产品文档等，以更好的传达模型信息，有助于进行施工模拟。同时该平台又可读取多种格式的三维CAD数据，创建高度压缩的轻量化文件格式，将交付成果作为独立输出结果进行分发。
6、总结
该项目实施过程中主要利用基于ENOVIA管理的达索CATIAV6平台，使得项目设计过程中，可将工艺分析、建筑性能仿真和设计解决方案融为一体。在本项目使用过程中，制定了企业级的工艺仿真、设计建模、工程图出图以及三维模型交付深度等相关标准，并创建了企业级的参数化知识模板库，有效提高了项目的设计效率，缩短了项目周期。
参考文献：
[1]吴露方.基于BIM的桥梁全生命周期管理研究初探[J].土木建筑工程信息技术，2013，（12）.
[2]彭春雷，吴雪飞.基于CATIA零件库的建立[J].机械研究与应用，2006，（04）.
[3]王莹，张浩，马玉敏.数字化工厂工艺规划系统的研究与开发[J].工艺与装备，2005，（09）.
【关键词】 CATIAV6平台;工艺仿真优化;建筑性能仿真;参数化三维设计
1、引言
随着工程行业信息化发展水平的不断提高，建筑工程行业设计方法和设计理念也在不断革新。近年来，BIM以其可视化、协同效率高、参数化及对项目全生命周期的关注赢得了建筑行业市场的认可，并在国内的应用取得了较大发展。基于三维设计软件的协同参数化设计在工程行业设计领域的应用范围正变的越来越广泛。
CATIAV6是由全球3D设计、产品全生命周期管理（PLM）解决方案的领导者达索系统推出的3D体验平台，它基于ENOVIA管理，具有良好的设计协同与信息共享能力，并能够提供了完整的工业厂房设计解决方案。本文结合某铸造工厂设计项目，从工艺规划分析、建筑性能仿真、三维协同设计以及设计成果交付等方面介绍了CATIAV6平台在工业厂房设计过程中的相关应用经验。
2、工艺规划与仿真
2.1车间工艺布局规划。某铸造工厂项目总面占地积510亩，总投资99852万元、计划分三期三年建成，全部投产后，年生产能力20万吨，铸造车间主要由熔炼工段、制芯工段、造型工段、跑完工段以及清理工段等组成，可按照用户要求铸造、各种材质铸件毛坯及大型机械加工配件。
本文主要介绍本项目铸造车间的设计过程，在此过程中，工艺设计人员根据此铸造车间的工艺特点和车间生产纲领，借助DELMIA软件的工艺规划模块，将产品、工艺和生产资源（PPR）相关联，建立铸造车间的生产工艺布局模型。通过进行车间空间布局、干涉分析及全局物流仿真、生产瓶颈分析等，对车间内的工艺设施布局进行了多方案对比。依据DELMIA的工艺规划仿真结果，依据标准与规范对比选取最合理的铸造车间布局方案，并在此基础上重点对造型线上下型箱及合箱位置精确定位，提高了辊道和托盘利用率、缩短辊道长度，节省了资材、人力和能源。
2.2工段生产仿真分析。在铸造车间工艺布局方案确定后，依托已经构建的虚拟生产线平台，对生产线局部工段进行生产物流与瓶颈分析、设备利用率分析等，从而对已有的工艺规划方案再次进行验证、调整、更新和优化。
通过对各个工段关键设备的工作情况进行分析，结果表明各个工段设备的平均有效利用率均在70%～80%之间，且同类设备的有效利用率较为均衡。结合对仿真运行过程的观察可知，整个生产过程较为顺畅，未出现个别设备过忙或过闲的情况，各个关键设备的有效利用率相对合理，既可满足现有生产纲领的需要，同时又有一定的生产能力节余，可在一定程度上满足产量增大时的生产需要。
利用DELMIA对铸造流程进行仿真优化，为车间实现随需应变和准时生产提供解决方案，并与CATIA设计解决方案、ENOVIA和SMARTEAM的数据管理和协同工作解决方案紧密结合，从而提高贯穿产品生命周期的协同、重用和创新水平。
3、建筑性能仿真分析
3.1车间采光分析。模拟厂房在全年在9：00-17：00区间内自然光照度值达到300lux以上的比例，计算得出，厂房全自然采光比平均值為97.15%，制芯车间与打磨精装车间约可达100%，即在全年9：00-17：00区间内，无需人工照明的辅助即可达到需求照度，极大的减少了人工照明的时间，节约了照明能耗，铸造车间建筑采光分析的部分计算结果如图3.1所示：
3.2车间能耗分析。采用概念分析软件Vasari与能耗分析权威软件Energy Plus、Designbuilder结合，针对不同设计阶段的不同需求，进行能耗分析，达到目的的同时节省了大量时间;在深入设计阶段，采用Designbuilder与Energy Plus结合进行分析，计算采暖与制冷设计负荷及能耗模拟，深入对比各种因素对建筑能耗的影响，选定节能效果最优的方案。
3.3车间能耗分析。由于铸造车间污染较为严重，尤其是粉尘污染，因而对车间内部关键工位进行污染物发生及扩散规律仿真分析，验证污染源的房间、厂房通风方案的可靠性和可行性，以便于优化设计，保障车间生产员工的身体健康。铸造车间污染物发生及扩散规律仿真分析结果如图1、2所示：
图1 车间竖直剖面烟尘含量分布图 图2 中频炉正上方烟尘浓度分布图
4、三维协同设计
4.1基于骨架驱动的TOP-DOWN设计。在本项目设计初始，主师提取项目车间的设计骨架，在装配工作台中构造骨架零件，并将参考参数（点、线、面、控制变量等）发布，各专业设计人员在主骨架的控制下，构造子装配的骨架，不仅所有零件都是基于同一坐标系，而且可以使用DMU中空间分析功能，在设计的同时检查设计的合理性。
4.2参数化企业知识库创建使用。该项目设计过程中采用CATIA提供的知识工程模板功能，对通用性高的零件，例如管接头进行知识模板固化，建立零件级模板Family，便于设计过程中对同类型零件的调用。对于相对复杂的部件级的特征，项目实施中利用CATIA的知识工程模块，进行三维知识模板的开发。该模板不仅包含结构简单的零件级模板，而且包含结构相对复杂，体量相对庞大的部件级模板，例如工艺设计中的铸件造型线工段，对整个辊道系统制作模板Family，并将建好的构件模板放入到建好的目录结构中。不仅提高了三维设计的效率和质量，而且还确保同一零件不同设计人员之间的通用性和标准化。本项目设计过程中，知识工程模板的创建使用过程如图3所示：
图3 知识模板的创建使用
4.3公共专业的管线综合。公用专业涵盖多个专业子系统，管道种类多样，阀门仪表类型复杂，保温层厚度各不相同。各专业不同功能分区管线标高多变，且需要与相应工艺设备准确对接，由于该项目采取了全参数化建模的方法，使得设计过程变得更加简单，体量特征及设备形位关系均有函数关系驱动，公用专业设计精确和直观。 该项目设计中，对于错综复杂的各类管线，不仅进行了三维标注，而且能够在设计过程中依据各种需求进行三维实时设计和修改，及时有效的避开与其他专业之间的干涉，使得综合管线设计便捷、直观，管件及管接头依据线路变更自动调整。
4.4钢结构深化设计。本厂房为单层多跨钢结构厂房，辅房为混凝土框架结构。屋顶采用网架结构，承重柱采用钢结构，屋面采用彩钢屋面。设计过程中，利用CATIA提供的型材设計模块，对钢结构部分进行快速设计优化。同时，在设计过程中完成了钢结构节点设计，使得钢结构三维设计成果可达加工级精度，并且焊接、铆接、螺栓紧固等连接方式表达清晰直观，施工过程中，复杂节点的安装制作一目了然，有利于正确指导施工，减少施工失误，缩短施工工期，以及减少施工人员与设计人员之间不必要的沟通麻烦，充分利用设计合作、预制、模块化。在车间钢结构设计过程中，采取三维标注与二维标注相结合的方式，三维标注使得组件之间的形位关系清晰明了，降低了施工方的读图难度，并可结合其工程图模块直接给出钢结构预制件的加工工程图，生产厂家直接按其加工即可满足设计要求。
5、设计成果交付
项目三维设计完成后，利用CATIA提供的工程图模块可建立模型的平、立、剖二维图纸，由于采用了精细化建模，该图纸可直接用于加工生产。同时，借助3DVIA软件和自主开发的设计成果交付平台创建爆炸图、3D演示动画与交互产品文档等，以更好的传达模型信息，有助于进行施工模拟。同时该平台又可读取多种格式的三维CAD数据，创建高度压缩的轻量化文件格式，将交付成果作为独立输出结果进行分发。
6、总结
该项目实施过程中主要利用基于ENOVIA管理的达索CATIAV6平台，使得项目设计过程中，可将工艺分析、建筑性能仿真和设计解决方案融为一体。在本项目使用过程中，制定了企业级的工艺仿真、设计建模、工程图出图以及三维模型交付深度等相关标准，并创建了企业级的参数化知识模板库，有效提高了项目的设计效率，缩短了项目周期。
参考文献：
[1]吴露方.基于BIM的桥梁全生命周期管理研究初探[J].土木建筑工程信息技术，2013，（12）.
[2]彭春雷，吴雪飞.基于CATIA零件库的建立[J].机械研究与应用，2006，（04）.
[3]王莹，张浩，马玉敏.数字化工厂工艺规划系统的研究与开发[J].工艺与装备，2005，（09）.