Assembly Design 與 Digital Mockup 實務指南

概述

一個零件結束後就是組立。本頁面彙整在 Assembly Design 中建立 Product 結構與 Constraint、管理 BOM 的方法，以及在 DMU（Digital Mockup）中驗證干涉、機構運動、組裝路徑的程序。

焦點在於 Top-down Skeleton 設計、Flexible/Rigid Sub-Assembly 的選擇基準，以及16 種 Kinematics Joint 實際上用於哪些情境。

1. Product Structure 基本

• Product（最上層） — .CATProduct 檔案
• Component — Product 內部的 Instance。即使同一 Part 被使用多次，Instance Name 各自不同但 Reference 只有一個。
• Part（.CATPart） — 實際含有幾何的最下層要素
• Sub-Product — Product 內的 Product（可巢狀）

核心概念是 Reference + Instance 結構。例如配置 10 顆相同螺栓時，由 1 個 Part 檔案 + 10 個 Instance 組成，修改 Part 時 10 個會同時更新。

2. 插入 Component

• Existing Component — Insert → Existing Component 或圖示。選擇檔案
• New Component — 建立空 Product
• New Part — 建立新 Part。Origin 對齊對話框中 "Yes" = Part Origin 與 Product Origin 一致，"No" = 以 Compass 位置為準
• Existing Component With Positioning — 插入既有檔案 + Snap 引導
• Replace Component — 元件替換（改版更新）

注意： New Part 時未選擇 "Yes" 則 Origin 會偏移，之後組裝容易混亂。依經驗這是組裝不良案例的最常見原因之一。

3. Assembly Constraint

• Coincidence — 軸、面、點一致（最常用）
• Contact — 兩面接觸（方向自動）
• Offset — 指定距離
• Angle — 指定角度（含 Parallelism、Perpendicularity）
• Fix — 固定
• Fix Together — 群組固定
• Quick Constraint — 根據選取要素自動推薦適合類型
• Change Constraint — 變更類型
• Reuse Pattern — Pattern 過的零件自動配置

提示： 須先選取要移動的零件（子），再選取要固定的零件（父）。順序顛倒時應被固定的一方試圖移動會產生 Conflict。

注意： Constraint 圖示綠色為正常、黃色需更新、紅色為 Broken。紅色 Constraint 以雙擊 Replace 或重新選取參考使其復活。

4. Flexible vs Rigid Sub-Assembly

項目	Rigid（預設）	Flexible
性質	Sub-Assembly 整體為單一剛體	Sub-Assembly 內部零件可於最上層另行約束
實例	相同 Sub-Assembly 的多個實例全部相同姿態	每個實例可有不同姿態
效能	輕	負擔增加

切換路徑：Sub-Product 右鍵 → Flexible/Rigid Sub-Assembly。

Use Case: 將6 自由度機械手臂以一個 .CATProduct 建模後，要在最上層生產線插入多台並讓每台機械手臂有不同姿態時，就切換為 Flexible。是組裝線模擬的必要條件。

注意： 切換為 Flexible 會伴隨效能下降。大型組立中不要濫用，只套用於絕對必要的 Sub-Product。

5. BOM 管理

路徑 Analyze → Bill of Material。預設欄位為 Part Number、Quantity、Revision、Nomenclature、Description。Nomenclature 與 Description 於 Part 右鍵 → Properties → Product 頁籤編輯。

• 自訂 Format：Analyze → Bill of Material → Define Format
• 匯出：txt / xls / html

提示： 實務 BOM 的正統做法是以 Knowledgeware Parameter 自動擷取 PartNumber / Material / Mass 並匯出至 Excel。若將每週 BOM 以 Macro 自動化，手工操作錯誤會消失。

→ 詳細內容: Macro/BOM 自動化詳情見 /cad-tips/catia/macro-3dx-troubleshoot.md。

6. Assembly Features

也有不在 Part 而在 Assembly 層級的特徵。

• Split — 以 Surface 切割 Product 內 Part
• Hole — 貫穿多個 Part 的 Hole（在組裝狀態下開孔）
• Pocket / Add / Remove / Rib / Slot — 組立版本

注意： Assembly Feature 雖方便但實際上會修改 Part 檔案本身。在 PDM 環境中 Revision/Ownership 管理會變複雜，因此只限有限使用較為安全。

7. 零件配置輔助工具

• Manipulation — 按軸移動（自由度控制）
• Snap — 兩要素暫時一致
• Smart Move — Snap + 自動生成 Constraint
• Explode — 爆炸圖（3D Exploded View）

將 Compass 紅色方塊放在 Part 上拖曳，可在保留自由度的情況下只讓 Part 跟著移動。是套用 Constraint 前預備配置的必備工具。→ 詳細內容: Compass 操作基本見 /cad-tips/catia/shortcuts-ui.md。

8. Scene 與 Overload

• Scene — 儲存組立的「變形狀態」。將爆炸圖、移動狀態以 Scene 保存並用於圖面生成
• Overload — 在組立中覆寫 Part 的顏色、材質、Hide/Show。Part 原檔維持原狀

9. 以 Skeleton 為基礎的 Top-down 設計

安全維護大型組立的核心技法。

1. 在最上層 Product 中放置 Skeleton.CATPart，置入基準線、平面、軸
2. 將 Skeleton 的要素 Publication
3. 下位 Part 只參考 Publish 過的要素
4. 變更基準尺寸時只修改 Skeleton所有下位零件就會跟著變

提示： Publication 不是單純的 Named Reference，而是 Link 的安全裝置。即使檔名變更或內部結構變動，只要維持 Publication 名稱連結就不會斷。

9.1 組立設計原則摘要

• 以 Skeleton Part 進行 Top-down
• 以 Publication 建立安全的參考
• Constraint 只用於自由度所需（避免重複）
• 100 個以上零件時以 Sub-Product 分組
• 活用 Product Properties 的 Mass / CoG 自動計算（車體重量管理必備）

10. DMU Navigator — 大型組立輕量評審

以 CGR 為基礎最小化記憶體負擔並瀏覽組立。

• 組立探索 / Hide、Show / Isolate / Overload
• Sectioning（剖面）
• Measure

此模式下無法編輯，但數萬個零件規模的專案也能輕鬆開啟。

11. DMU Space Analysis — 干涉驗證

• Clash Detection — Contact / Clearance / Clash 三級干涉程度
• Interference(Clash) 模式 — Between All Components / Inside One Selection / Selection Against Selection
• Distance & Band Analysis — 距離、帶狀分析
• Sectioning — X/Y/Z 平面滑動剖面
• Measure Between / Item / Inertia

提示： 將 Clash Detection 結果 Publish 後會生成 HTML 報告。可直接作為設計評審會議資料傳送。

12. DMU Kinematics — 機構模擬

12.1 16 種 Joint

Joint	說明	DOF
Revolute	旋轉（鉸鏈）	1
Prismatic	直線移動	1
Cylindrical	旋轉+移動	2
Planar	平面上移動	3
Rigid	固定	0
Spherical	球接頭	3
Universal	萬向接頭	2
Point-Surface	點-面接觸	3
Point-Curve	點-曲線	5
Roll-Curve	滾動	1
Slide-Curve	滑動	1
Screw	螺旋	1 (coupled)
Gear	齒輪耦合	-
Rack	齒條	1
Cable	纜線	-
Constant Velocity	等速耦合	1

12.2 指令、播放

• Convert Assembly Constraints — 將既有 Assembly Constraint 自動轉換為 Joint。用於快速起步
• Simulation with Commands — 以滑桿調整各 Command 值
• Simulation with Laws — 以 Formula 指定 Law（時間函數）。週期性運動
• Replay / Trace / Swept Volume — 播放、軌跡、體積

12.3 模擬中干涉檢查

• On — 停用
• Off — 發生干涉時僅反白
• Stop — 干涉時立即停止

提示： 機器人單元佈局或汽車組裝流程驗證中，Stop 模式實際上是必備的。只要漏掉一次干涉，實物成本會急遽上升。

13. DMU Fitting Simulation — 組裝/拆卸路徑

• Track — 零件移動軌跡
• Recorder — 將手動移動記錄為軌跡
• Player — 播放
• Shuttle — 暫時性 DMU 物件（Product 外部）
• Smooth — 平滑軌跡

Use Case: 用於評估引擎室中發電機是否能更換（Serviceability）等維修性評估。在設計階段就能一併考慮售後。

實務檢查清單

• 插入 New Part 時確認 Origin 對齊選 "Yes"
• Constraint 依子 → 父順序
• Flexible Sub-Assembly 只在必要時使用
• 以 Skeleton + Publication 結構進行 Top-down
• BOM 以 Knowledgeware + Macro 自動化
• 使用 Assembly Feature 時事先協商 PDM 影響
• 定期執行 DMU Clash Detection
• Kinematics 模擬中以 Stop 模式偵測干涉
• 以 Fitting Simulation 事先驗證維修性
• 大型組立以 DMU Navigator 開啟