一、  前言

    当今世界，在经济全球化、贸易自由化和社会信息化的新形势下，全球制造企业之间的竞争日趋激烈，制造业对市场的快速响应（交货期）在工业发达国家已经成为竞争的焦点。特别是我国加入WTO后，随着汽车制造业保护年限的日益迫近，国内轿车生产企业要想赢得竞争，就要以市场为中心，以满足顾客需求为主线，以技术创新为驱动力，最快速的响应市场变化，并迅速赢得市场与用户。换句话说，企业就是必须以最短的产品开发时间（T—Time）、最优的产品质量（Q—Quality）、最低廉的制造成本和销售价格（C—Cost）、最好的技术支持和全过程服务（S—Service）、最佳的环保效果（E—Environment）以及最快速的市场适应性（F—Flexibility）来生产适销对路的产品（P—Product），即：“TQCSEFP”，去进入市场，占领市场，进而领导市场。面对不可预测、瞬息多变的市场，企业的生产活动必须具有高度的敏捷性（Agility）、动态性（Dynamic）和柔性（Flexibility）。

    随着信息技术取得了迅速发展，特别是计算机软硬件技术、计算机网络技术、信息处理技术等取得了人们以想不到的进步，各种现代先进设计制造技术应运而生，例如：计算机辅助技术（CAX：Computer Aided Design、Manufacturing、Engineering …）、计算机集成制造（CIM：Computer Integrated Manufacturing）等，这些技术的出现和实施，为实现这一目标（TQCSEFP）提供了强有力的支持与保障。

    二、  轿车数字化工程

    汽车行业的CAD/CAM/CAE技术在二十世纪七、八十年代已经流行，主要以零部件的设计为对象，使得零部件的缺陷大大降低，例如汽车零部件缺陷降低了40%。然而，整机厂却并未得到对应的效益。优化的零部件组成的系统并不能保证是最优的，例如设计完美的制动器与设计优良的悬架及底盘组成的系统，其应用效果并不总是理想的，必须从系统水平进行设计。从九十年代中开始，面向整车设计开发的汽车虚拟制造应运而生。

    虚拟制造（VM：Virtual Manufacturing）是一个处于发展中的新概念。目前比较通行的说法是：虚拟制造是实际制造在计算机上的本质实现，即采用计算机建模与仿真技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作，通过三维模型及动画或虚拟现实，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。

    尽管虚拟制造技术出现只有短短的几年时间，但它已在汽车业界得到广泛的重视，而且其革命性的影响也很快地显示了出来。典型的例子有：克莱斯勒新型汽车开发周期由36个月缩短至24个月，福特公司也在1999年底宣布开发出了全数字化轿车。奔驰汽车公司1998年之前已经完成了数字化轿车样机，并实现了较强的虚拟现实技术，可在设计阶段对轿车的总体性能匹配和车身系统布置设计等进行直观、全面的仿真分析、评价和改进。

    虚拟制造技术已被公认为未来汽车设计、开发的必然趋势，也是我国尽快消化、吸收国外先进技术，迅速提高自主设计能力，开发自主知识产权汽车，实现由“追随模式”到“自主开发”的跨越发展的有效手段。
 
    轿车数字化工程本质上就是要利用计算机生产出“数字轿车”。不难看出，数字化工程技术是一个跨学科的综合性技术，它包括轿车数字化定义、仿真、可视化、虚拟现实、数据集成、优化等。轿车数字化工程的目标是对轿车整个生命周期（包括设计、开发、加工、生产）的“可制造性”（Manufacturability）的决策支持。“可制造性”又可以进一步分解为“可行性”、“可开发性”、“可加工性”和“可生产性”。这四个方面是相互关联的，因此，应从“数字轿车设计”（形状虚拟样机—Shape Virtual Prototyping，SVP）、“数字轿车开发”（功能虚拟样机—Function Virtual Prototyping，FVP）、“虚拟加工”、“虚拟生产”（虚拟设备与生产线）四个层次提供轿车全生命周期的数字化工程开发的基本支持。

    三、  CATIA V5的发展和技术特点

    CATIA V5是IBM/DS在充分了解客户的经验、并积累了大量客户的应用需求后基于Windows核心重新开发的新一代高端CAD/CAM软件系统。CATIA——Computer Aided Three & Two Dimensional Interaction Application System，计算机辅助三维/二维交互式应用系统，自1999年3月法国达索系统（Dassault Systems）正式发布第一个版本即CATIA V5R1（CATIA Version 5 Release 1）以来，平均每年发布2~3个版本，到2003年4月发布的CATIA V5R11（CATIA Version 5 Release 11），模块总数出最初的12个增加到了146个。将原来运行于IBM主机和AIX工作站环境的V4版本彻底改变为微软Windows NT环境，99%以上的用户界面图标采用MS-Office形式，并且自己开发一组图形库，使得Unix工作站版本与Windows微机版具有相同的用户界面。CATIA V5充分发挥了Windows平台的优点，一经推出市场后立刻就得到业界广泛的认可，被很多CAD/CAM领域的资深咨询专家评价为第四代CAD/CAM软件，代表了CAD/CAM未来发展的方向。

    CATIA V5在开发时大量使用了最新和最前沿的计算机技术和标准，其中包括基于JAVA 和Web技术、C++语言、面向对象的设计思想（O-O）、STEP-SDAI、OpenGL、OLE/CORBA和Visual Basic Journaling等，这使CATIA V5具有与众不同的鲜明的特点：单一的数据结构，各个模块全相关，某些模块之间还是双向相关；端到端的集成系统，拥有宽广的专业覆盖面，支持自上向下（Top-down）和自下向上（Bottom-top）的设计方式；以流程为中心，应用了许多的相关工业优秀开发设计经验，提供经过优化的流程；创新的用户界面，把使用性和功能性结合起来，易学易用；独一无二的知识工程架构，创建、访问以及应用企业知识库，把产品开发过程中涉及到的多学科知识有机地集成在一起；先进的混合建模技术，建立在优秀的、可靠的几何实现原理基础上，具有领先的几何建模和混合建模功能；CATIA建立在STEP产品模型和CORBA标准之上，具有在整个产品周期内方便的修改能力，尤其是后期修改； CATIA提供多模型链接的工作环境及混合建模方式，实现真正的并行工程的设计环境；强大的电子样机技术；开放平台，为各种应用的集成提供了一个开放的平台；面向设计的工程分析，作为设计人员进行决策的辅助工具，开放性允许使用第三方的解算器（如NASTRAN）；完善的加工解决方案，唯一建立在单一的基础架构上、基于知识工程、覆盖所有CAM应用；支持电子商务，支持即插即用（Plug ＆ Play）功能的扩展等。