传统的机械设计和建模都是二维设计软件实现的。随着科学技术的不断进步，对机械建模提出了更高的要求。随着结构设计和模型的不断完善，原有的两维设计方法已经无法满足当前的需求。为了解决这一问题，目前的机械建模大多是以三维造型软件为基础进行的。三维机构设计必然会取代平面CAD，成为机械建模的发展方向，也是其发展必然形式。其中，CATIA是目前已有的功能比较强大，使用范围也比较广的一款三维设计软件。
一、论述
工程图纸是项目和产品的重要信息载体。以特定的方式表示出机械、土木、水利及其他产品的外形、尺寸、材料及技术要求。机械绘图可以为学生提供一系列的选修课程，例如专业课、课程设计、毕业论文设计等。同时，该课程还为学生提供了必要的基础，使他们能够从事科研、设计和制作。其作用是培养机械制图的阅读和绘画能力，以及空间想象力和图形思考能力，其是一门既具有系统的理论，又具有较强的实践性的技术基础课程。计算机技术的快速发展改变了机械制造业的工作模式，现有的3D软件无法满足人们对3D建模的需求，只能通过3D建模和交互式修正来实现3D产品的需求。在这样的环境中。机械制图的教学还不能只停留在2D平面的表达阶段，因此，要把3DCAD技术有效地融入到课程教学中，构建起3D立体与2D图形相结合的教学系统，才能满足现代设计、信息科学发展以及具有创新能力的高素质人才的需求。将CATM三维造型软件应用于《机械制图》的教学中，既能提高教学质量，又能使相关人员掌握计算机图形学知识，掌握三维造型的基本方法，为今后的发展打下一个好的基础。
二、CATIA软件主要功能
CATIA是为三维CAD/CAM/CAE而开发的一整套集成系统。这个软件有很好的特性，在航空航天、汽车、机械、电子等行业中得到了广泛的应用，该软件可以实现从产品的设计、三维建模、分析、计算、绘制工程图纸、最终制造出产品。CATIAV5主要由机械设计、曲面造型、分析与仿真、CNC加工、产品合成组成。而在使用比较广泛的机械设计模块中，用户能够完成诸如机械建模、材料属性的选择、结构重量与重心的分析以及二维工程图的生成等具有很强的专业性的工作。
目前，CATIA已在航空航天、汽车、船舶、机械、电子电器、消费品等行业得到了广泛的应用，为各行业的大中小企业提供服务。利用CATIA软件，不但能方便、快捷地完成产品外形的绘图，而且能对机械部件的移动及装配过程进行分析，并能对部件进行动态仿真分析。该方法能有效地减少新产品的研发周期，改善设计的品质，减少研发费用。
在CATIA3D建模软件中，不仅可以创建3D模型，还可以创建2D投影图，通过3D和2D两种图像的交互转换，让使用者对于一些难以理解的复杂形状，或者是一些难以理解的空间，可以利用多种切割方法，利用动态观察仪，从多个角度进行动态观察，从而清晰地展现出构件的内部结构。这种方式可以培养相关人员边学习、边思考、边创新的参与性学习方式，增强了使用者的空间想象力和空间分析能力，从而极大地提高了研究使用的效率。
三、CATIA产品及服务
CATIA的模块化产品包括：造型设计、机械设计、设备及系统工程、数字样机管理，机械加工、分析及仿真。CATIA的产品是以开放、可扩充的V5体系结构为基础的。
CATIA可以帮助企业复用产品的设计知识，减少研发时间，从而加速企业响应市场需求。从1999年开始，其数字化原型过程被广泛应用于市场，并已成为全球应用最为广泛的产品研发系统。
四、基于CATIA软件的机械结构建模
在建立机械建模时，利用CATIA软件中的结构设计模块，以及成形模块中的零部件成形模块，对机械模型进行了建模。例如，在利用部件设计子系统建立模型的时候，首先要到草图窗口，用各种草图指令画出草图。此外，约束工具条还可以用来约束图像元素在缩略图中的位置与尺寸。在图1中可以看到。当草图结束时，从工作平台返回到部件设计平台，开始下一阶段的部件造型。选择刚刚绘制好的图纸，在“零件设计工具”上输入“拉伸”，“旋转”，“孔”等指令，设定好参数，就可以对一些零件进行三维建模了，如图2。
（图1）草图绘制
（图2）零件建模
在零件建模过程中，需要在草图工作平台和零件设计平台来回转换。机械建模主要包括两个主要部件：框架和外部壳体。首先对框架进行了多个部件的建模，得出了框架的三维模型，见图3。
（图3）框架模型
可以利用框架模型来建立一个壳体模型，或者利用其他模组，比如机械设计模组里的板金设计模组来建立壳体模型。具体如图4所示。
（图4）外部壳体模型
CATIA软件也可用于零件间的组装。根据各个部件间的相关性，首先把组成框架的全部部件组装起来，形成一个如图3所示的整体框架；然后，把构成外壳的全部部件组装起来，形成图4中所示的外部壳体模型；最后，把框架和外部壳体模型组装起来，就形成了一个完整的机械建模，见图5。
（图5）机械建模
五、结构模型选材
对一种机械产品而言，可以单独使用，也可以与其他结构结合在一起，形成一个很大的体系，这就需要对每个组成结构进行重量计算，并对其重心的位置进行分析，从而完成对最后的组合体的分析。在传统的机械设计和产品制造流程中，都是以平面图纸的设计为基础，选择需要的原材料，在产品制造完成之后，才能进行重量的计算和重心的分析。CATIA软件提供此类功能，其可以在模型建立时就实现，其重量则取决于模型的构造和材料。可以通过“应用材料”选项函数给每个部件的3D几何模型指定一些材质特性，见图6。对不同的部件，可以采用相同的材料，也可以采用不同的材料，只要按顺序为每个部件选取材料就行了。在CATIA系统的缺省资源库中，已经有了很多常见的资源；当使用者对特定材质有需求时，可在材料库中设定该材质的属性，并由CATIA系统提供该材质的设定，然后由CATIA系统完成对该材质的选取[1]。
（图6）零件模型的材料选择
六、重心、质量测量与分析
在CATIA软件中，通过对使用材料后的机械建模的重心、重量等参数的测定和分析，使原来需要在产品成型之后才能完成的工作，得以实现。利用CATIA软件中的“测量”运算功能，可以对加有物料的构件体进行重心、质量、密度、面积、惯性等参数的测定和分析，并将该构件的重心及重量测定结果显示在如图7中[2]。
（图7）机械模型重量与重心测量
七、工程制图生成
目前，在实际生产中所用到的图形仍然以平面图为主。为了适应人们的习惯，现在三维设计的结果仍然要转换到平面图上。其中，CATIA软件能够为制造部门提供加工过程的绘图，实现加工过程的自动化，并能产生任何剖面及平面图形。若要创建想要的维度，可以从工具条上选择“生成维度”。如果存在重复的大小，可以在绘图环境中直接删除，如果有缺失的大小，可以使用注释选项添加注释，还可以修改所产生的大小。CATIA三维模型和所产生的二维视图有一定的联系，当三维建模发生改变时，二维建模视图和尺寸都会发生相应的改变[3]。
结语
随着计算机绘图技术的普及和应用，许多企业都将逐步舍弃传统的手工工具，转而使用计算机绘图，其绘图速度快，准确率高，并且比手工绘制要高得多，所以，对传统的机械制图课程进行改革是很有必要的。通过对所建立的机械模型进行分析，得出CATIA是一套较为完善的机械建模方式。设计人员可以根据自己的需要，对模型的材质进行选择，对模型的重量、重心等参数进行测量、分析，以及与其他模型的互动交流。同时，还能为机械加工过程生成图形。
参考文献
[1]宋慧营,陈蕾,倪平涛,等.CATIA在机械建模中的应用[J].工程与试验,2012,52(2):77-80.
[2]郭越.CATIA三维建模在机械制图中的应用[J].延边大学农学学报,2005,27(3):208-211.
[3]曾庆强,赵腾云.基于CATIA的机械零件参数化建模分析[J].硅谷,2010(12):168.