Assembly Design 与 Digital Mockup 实务指南

概述

零件完成之后就是装配。本页面整合了在 Assembly Design 中搭建 Product 结构与 Constraint、管理 BOM 的方法，以及在 DMU（Digital Mockup） 中验证干涉·机构学·装配路径的流程。

Top-down Skeleton 设计、Flexible/Rigid Sub-Assembly 的选择基准，以及 16 种 Kinematics Joint 在实际场景中的应用是本页的焦点。

1. Product Structure 基础

• Product（顶层） — .CATProduct 文件
• Component — Product 内部的 Instance。同一 Part 被多次使用时，Instance Name 各异但 Reference 唯一
• Part（.CATPart） — 承载实际几何体的最底层要素
• Sub-Product — Product 中的 Product（可嵌套）

核心概念是 Reference + Instance 结构。例如同一螺栓布置 10 颗时，由 1 个 Part 文件 + 10 个 Instance 构成，修改 Part 则 10 个全部同步刷新。

2. Component 插入

• Existing Component — Insert → Existing Component 或图标。选择文件
• New Component — 创建空 Product
• New Part — 新建 Part。在 Origin 对齐对话框选择 "Yes" = 零件 Origin 与 Product Origin 一致，"No" = 以 Compass 位置为基准
• Existing Component With Positioning — 插入现有文件 + Snap 向导
• Replace Component — 替换组件（修订版更新）

注意： 创建 New Part 时若未选择 "Yes"，Origin 会错位，后续装配容易混乱。根据经验，这是装配不良案例最常见的原因之一。

3. Assembly Constraint

• Coincidence — 轴·面·点重合（最频繁）
• Contact — 两面接触（方向自动）
• Offset — 指定距离
• Angle — 指定角度（包括 Parallelism、Perpendicularity）
• Fix — 固定
• Fix Together — 组固定
• Quick Constraint — 对选中要素自动推荐合适类型
• Change Constraint — 更改类型
• Reuse Pattern — 对已 Pattern 的零件自动布置

提示： 应先选择需要移动的零件（子），后选择被固定的零件（父）。顺序颠倒的话，本应被固定的一方会试图移动而出现 Conflict。

注意： Constraint 图标绿色为正常，黄色表示需要 Update，红色表示 Broken。红色 Constraint 双击后通过 Replace 或重新选择引用进行修复。

4. Flexible vs Rigid Sub-Assembly

项目	Rigid（默认）	Flexible
性质	Sub-Assembly 整体作为单一刚体	Sub-Assembly 内部零件可在顶层单独约束
实例	同一 Sub-Assembly 的多个实例姿态完全一致	各实例姿态可以不同
性能	轻	负担增加

切换路径：Sub-Product 右键 → Flexible/Rigid Sub-Assembly。

Use Case： 将六自由度机器人臂建模为单个 .CATProduct 后，要在顶层产线插入多台机器人并使每台机器人姿态不同时，需切换为 Flexible。这是装配线仿真的必备条件。

注意： 切换 Flexible 会伴随性能下降。大型装配中不要滥用，仅对必需的 Sub-Product 使用。

5. BOM 管理

路径 Analyze → Bill of Material。默认列为 Part Number、Quantity、Revision、Nomenclature、Description。Nomenclature 与 Description 在零件右键 → Properties → Product 选项卡中编辑。

• 自定义 Format：Analyze → Bill of Material → Define Format
• 导出：txt / xls / html

提示： 实务 BOM 的正规做法是通过 Knowledgeware Parameter 自动提取 PartNumber / Material / Mass 并导出到 Excel。将每周 BOM 用 Macro 自动化可消除人工错误。

→ 详细内容: Macro/BOM 自动化详见 /cad-tips/catia/macro-3dx-troubleshoot.md。

6. Assembly Features

也存在装配级而非零件级的特征。

• Split — 在 Product 中用 Surface 切割 Part
• Hole — 贯穿多个 Part 的 Hole（在装配状态下钻孔）
• Pocket / Add / Remove / Rib / Slot — 装配版本

注意： Assembly Feature 很方便，但实际上会修改零件文件本身。PDM 环境下Revision/Ownership 管理会变得复杂，因此谨慎限制使用更安全。

7. 零件布置辅助工具

• Manipulation — 沿各轴移动（控制自由度）
• Snap — 两要素瞬时重合
• Smart Move — Snap + 自动生成 Constraint
• Explode — 爆炸图（3D Exploded View）

将 Compass 红色矩形放到零件上拖动，可在保留自由度的状态下仅移动该零件。是 Constraint 应用前预备布置的必备操作。→ 详细内容: Compass 操作基础见 /cad-tips/catia/shortcuts-ui.md。

8. Scene 与 Overload

• Scene — 保存装配的"变形状态"。将爆炸图·移动状态保存为 Scene 供图纸生成使用
• Overload — 在装配中覆盖零件的颜色·材质·Hide/Show。零件原文件保持不变

9. 基于 Skeleton 的 Top-down 设计

这是安全维护大型装配的核心技术。

1. 在顶层 Product 中放置 Skeleton.CATPart 作为基准线·平面·轴
2. 将 Skeleton 的要素 Publication 发布
3. 下层零件只引用 Publish 的要素
4. 基准尺寸变更时只需修改 Skeleton，所有下层零件自动跟随

提示： Publication 不仅是简单的 Named Reference，而是 Link 的保护机制。即使文件名变更或内部结构变动，只要维持 Publication 名称，链接就不会断开。

9.1 装配设计原则摘要

• 用 Skeleton 零件做 Top-down
• 用 Publication 实现安全引用
• Constraint 按自由度数量施加（避免冗余）
• 超过 100 个零件时用 Sub-Product 分组
• 利用 Product Properties 自动计算 Mass / CoG（车身重量管理必备）

10. DMU Navigator — 大型装配轻量化评审

基于 CGR，在最小化内存负担的前提下浏览装配。

• 装配浏览 / Hide·Show / Isolate / Overload
• Sectioning（截面）
• Measure

此模式下无法编辑，但可以轻松打开数万零件规模的项目。

11. DMU Space Analysis — 干涉验证

• Clash Detection — Contact / Clearance / Clash 三级干涉等级
• Interference(Clash) 模式 — Between All Components / Inside One Selection / Selection Against Selection
• Distance & Band Analysis — 距离·带分析
• Sectioning — X/Y/Z 平面滑动截面
• Measure Between / Item / Inertia

提示： 将 Clash Detection 结果 Publish 则生成 HTML 报告。可直接作为设计评审会议资料交付。

12. DMU Kinematics — 机构仿真

12.1 16 种 Joint

Joint	说明	DOF
Revolute	回转（铰链）	1
Prismatic	直线移动	1
Cylindrical	旋转+移动	2
Planar	平面上移动	3
Rigid	固定	0
Spherical	球铰	3
Universal	万向节	2
Point-Surface	点-面接触	3
Point-Curve	点-曲线	5
Roll-Curve	滚动	1
Slide-Curve	滑动	1
Screw	螺纹	1 (coupled)
Gear	齿轮耦合	-
Rack	齿条	1
Cable	缆绳	-
Constant Velocity	等速耦合	1

12.2 命令·回放

• Convert Assembly Constraints — 将现有 Assembly Constraint 自动转换为 Joint。用于快速起步
• Simulation with Commands — 用滑块调整各 Command 值
• Simulation with Laws — 用 Formula 指定 Law（时间函数）。周期性运动
• Replay / Trace / Swept Volume — 回放·轨迹·体积

12.3 仿真中的干涉检查

• On — 停用
• Off — 发生干涉时仅高亮
• Stop — 一旦干涉立即停止

提示： 机器人单元布置或汽车装配工艺验证中，Stop 模式实际上是必备。哪怕一次干涉漏检，实物上的成本都会急剧增加。

13. DMU Fitting Simulation — 装配/拆卸路径

• Track — 零件移动轨迹
• Recorder — 将手动移动记录为轨迹
• Player — 回放
• Shuttle — 临时 DMU 对象（Product 外部）
• Smooth — 平滑轨迹

Use Case： 用于评估发动机舱中是否能更换发电机（Serviceability）等可维护性。设计阶段即可兼顾售后服务。

实务检查清单

• 插入 New Part 时是否确认 Origin 对齐 "Yes"
• Constraint 是否按子 → 父顺序
• Flexible Sub-Assembly 是否仅在必要时使用
• 是否采用 Skeleton + Publication 结构做 Top-down
• BOM 是否用 Knowledgeware + Macro 自动化
• 使用 Assembly Feature 时是否事先协商 PDM 影响
• 是否定期运行 DMU Clash Detection
• Kinematics 仿真中是否用 Stop 模式检测干涉
• 是否用 Fitting Simulation 事先验证可维护性
• 大型装配是否用 DMU Navigator 打开