基于CATIA模型的拆装动画制作方法研究

文 勃¹，姜喜民¹，顾 佳¹，王 川¹，杜伟平²

(1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛266031)

(2.西安电子科技大学机电工程学院，陕西 西安710071)

基金项目：工业和信息化部智能制造综合标准化与新模式应用项目（高速动车组关键零部件智能制造新模式应用项目）

作者简介：文勃(1966—)，男，高级工程师，主要研究方向为智能制造、研发信息化，wb@cqsf.com.

摘要：为了提高当前商品化三维CAD系统拆装动画的生成效率，改善拆装动画的效果，提出了一种基于爆炸图的拆装动画制作方法。该方法首先基于可拆即可装思想，规划装配单元的拆装顺序，然后基于微位移和碰撞检测完成爆炸图的生成，根据各装配单元在装配状态和爆炸状态下的位姿矩阵，生成拆装动画轨迹，最后通过视点变换矩阵调整视点相对于装配单元的位置。基于CATIA开发了拆装动画制作工具，并以某设备为例，验证了方法的有效性。

关键词：拆装动画；爆炸图；位姿矩阵；视点变换矩阵；CATIA

中图分类号：TP391.7   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)03-0109-04

目前，拆装动画已广泛应用于复杂产品生命周期的各个阶段，如产品设计阶段的虚拟装配动画，工艺设计阶段的装配路径仿真，产品宣传、培训使用的功能演示动画，以及维护维修阶段的拆卸动画等。与传统的通过文字、静态图片或工程图来表达复杂产品功能或装配关系相比，拆装动画能反映复杂产品装配体中零部件之间的装配约束关系，并能直观地展示出复杂产品零部件的装配顺序、装配路径和机构运动关系，以及零部件之间是否存在干涉等。随着航空、航天、船舶、汽车、工程机械、轨道交通等领域大型产品的零部件结构越来越复杂，精度要求越来越高，零部件越来越多，对拆装动画的制作需求越来越迫切。

国内外研究人员对拆装动画制作进行了大量的研究。Kumamoto等研发了爆炸视图及动画制作软件，然而该软件要求用户指定装配序列以及模型的爆炸方向［1］；刘云华等［2］将装配模型转化成轻量化模型，并将模型的装配位置和爆炸位置作为拆装动画的关键帧，从而实现装配动画的自动生成；王帅［3］开发了基于Pro/E的自动爆炸图以及拆装动画制作工具；田富君等［4］研究了基于3DPFD的装配动画生成方法。在应用方面，大部分商品化三维CAD系统都有动画制作功能，如达索公司的CATIA、3DVIA Composer［5］和SolidWorks［6-7］，西门子公司的UG NX和PTC的Creo［8］等，但商品化三维CAD系统动画制作功能存在制作过程繁琐、动画调整困难等问题，不能很好地满足工程应用中的效率和应用需求。如CATIA自带拆装动画工具，并且能够制作出较为出色的拆装动画，但利用该工具制作拆装动画的过程比较繁琐，制作效率比较低，不能很好地满足工程的需要。因此，本文针对CATIA拆装动画功能存在的问题，提出了基于爆炸图的拆装动画生成方法，并开发了拆装动画制作工具。