開放式機械零部件三維可視化設(shè)計研究

龐潤弘

摘要：針對于機械產(chǎn)品，把零部件視為設(shè)計對象，充分融合硬軟件，在三維可視化場景之下，達(dá)到高度仿真目的，促使平臺更加流暢，最后實現(xiàn)設(shè)計目的。通過結(jié)果得知，所建立的平臺有著較快的運行時間，可以符合具體運用需求，存在理想的時間以及性能優(yōu)勢。

Abstract： For mechanical products， parts as design objects， full integration of hardware and software， under the three-dimensional visual scene， to achieve the purpose of high simulation， make the platform more smooth， finally achieve the design purpose. The results show that the established platform has a fast running time， which can meet the specific application requirements and has ideal time and performance advantages.

關(guān)鍵詞：機械零部件;可視化技術(shù);三維建模;系統(tǒng)仿真;約束范圍

Key words： mechanical parts;visualization technology;three-dimensional modeling;system simulation;scope of constraint

中圖分類號：TP391.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0229-02

0? 引言

在產(chǎn)品供應(yīng)鏈中存在中較多的因素，尤其是開放式零部件資源，不過在一般平臺操作中，所需運行時間相對長，需要基于一定載荷環(huán)境，方可符合產(chǎn)品性能以及幾何尺寸關(guān)系，難以結(jié)合運用需要，對有關(guān)參數(shù)進行修改。對于上述問題，通過基礎(chǔ)代碼設(shè)置了操作平臺，對零件開展規(guī)范化處理，即便降低了操作時間，不過適用面并不廣，有礙于推廣與運用。利用跨CAD平臺，也建立了相應(yīng)的操作平臺，然而標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量并不多，難以結(jié)合具體需求的改變，來對零部件進行增改。對此，文章給出三維可視化設(shè)計平臺。在對硬軟件進行融合的基礎(chǔ)上，把零部件視為設(shè)計對象，采用三維建模技術(shù)，達(dá)到高度仿真目的，促使實驗平臺更加流暢，進而實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。

1? 可視化技術(shù)概述

對于大量數(shù)據(jù)的解釋，可視化是一種可行的手段，起初被推廣于科學(xué)以及工程計算方面，同時成為現(xiàn)如今熱門的研究領(lǐng)域，也就是科學(xué)可視化。通過采用可視化技術(shù)，能夠?qū)?shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，從而形成相應(yīng)的圖形，在諸多的領(lǐng)域，促使人們的研究方式出現(xiàn)了改變。該項技術(shù)既可運用于分子結(jié)構(gòu)演示，也能推廣于飛行模擬，可以說是無處不在?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的背景，可視化和網(wǎng)絡(luò)進行有效的融合，有助于實現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化服務(wù)，由此，促進可視區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的誕生，這是一種新的概念，最早出現(xiàn)于2003年，可視化服務(wù)器硬軟件，屬于其關(guān)鍵技術(shù)。

2? 系統(tǒng)仿真

何謂系統(tǒng)仿真，指結(jié)合系統(tǒng)分析目標(biāo)，基于對要素性質(zhì)與彼此關(guān)系的分析，構(gòu)建可以描述結(jié)構(gòu)的仿真模型，同時存在相關(guān)的邏輯以及數(shù)量關(guān)系，據(jù)此開展實驗，以便能夠獲取決策所需要的信息。系統(tǒng)仿真屬于一項計算技術(shù)，特別在系統(tǒng)難以通過構(gòu)建模型進行求解時，在有效利用仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上，能夠很好完成處理。仿真屬于一項實驗手段，相比于系統(tǒng)實驗有著一定的不同，對于仿真實驗來講，其并不結(jié)合具體環(huán)境，而是基于人造環(huán)境和系統(tǒng)模型，進一步來開展的，這屬于仿真的核心功能。通過仿真技術(shù)，能夠很好描述系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)與演變等。我國研究人員提出：系統(tǒng)仿真就是基于實體，構(gòu)建系統(tǒng)的模型，同時據(jù)此開展系統(tǒng)實驗[2]。仿真系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。

對于仿真過程來講，其也屬于實驗過程，同時也是采集以及歸納信息的過程，特別針對部分復(fù)雜的隨機問題，通過采取仿真技術(shù)，有助于獲取所需要的信息。部分不易構(gòu)建模型的目標(biāo)系統(tǒng)，能夠借助仿真模型，有效處理一系列系統(tǒng)問題，比如預(yù)測。采取系統(tǒng)仿真，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜系統(tǒng)的降價，從而有助于進行分析。在系統(tǒng)仿真之下，可以形成新的策略，有利于找到隱藏的問題，進而可以第一時間處理。

3? 平臺硬件結(jié)構(gòu)設(shè)置

平臺建立標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)功能需要劃分，可以分成多個模塊，比如核心層以及定制層等。①核心層。在整個平臺成分中，核心層是非常關(guān)鍵的。針對三維可視化技術(shù)來講，其運行于平臺上的數(shù)據(jù)交換，大部分出現(xiàn)于該層，對此，這一模塊有著一系列的功能，比如故障診斷。對于三維可視化設(shè)計平臺，其可以向數(shù)據(jù)庫提供支持，綜合分析安全性需求，當(dāng)開展認(rèn)證時，應(yīng)該提供有關(guān)的硬件信息，比如個人信息，方可開展有關(guān)操作。值得一提的是，平臺對應(yīng)著多種場景文件時，應(yīng)該對文件進行更換處理，需要找到主頁面，加入頁面鏈接，通過如此的操作，就可以跳轉(zhuǎn)至有關(guān)的平臺頁面。②應(yīng)用層。這一模塊的主要功能是，對提交請求進行處理。使用者進到人機界面之后，應(yīng)該開展實例查詢。當(dāng)檢測至實例時，通過樹結(jié)構(gòu)形式，進一步來體現(xiàn)產(chǎn)品性能，任何一個節(jié)點都和零部件信息相關(guān)，在點擊節(jié)點之后，可以體現(xiàn)使用者需求的型號，同時采取樹的形式，保存于相應(yīng)的文檔，通過這樣的方式，使用者就能夠直接下載至客戶端。如果未檢測到實例，能夠讓廠家添入，完成對產(chǎn)品信息的上傳。③數(shù)據(jù)層。三維可視化設(shè)計中，需要考慮較多的細(xì)節(jié)，以下為這一模塊的研發(fā)步驟。首先，數(shù)據(jù)中心獲得需求，和使用者交流，針對機械零部件，對其每一項數(shù)據(jù)進行編寫，為將來進行做準(zhǔn)備。其次，通過對開發(fā)工具的使用，建立零部件的模型，當(dāng)構(gòu)建場景時，一般包含材質(zhì)以及要求，結(jié)合模型交互需要，進一步來搭建場景，在此之后，調(diào)試運用于平臺。再次，針對三維運用的實際功能，開展相應(yīng)的測試，歸納問題，接著開展調(diào)試，確保應(yīng)用功能可以符合硬件設(shè)置的要求。④處理層。對于機械零部件，由于其總體參數(shù)相對小，需要認(rèn)真分析細(xì)小特點，基于有限元模型，對細(xì)節(jié)特征實行刪除，開展標(biāo)準(zhǔn)化處理。另一方面，當(dāng)建立細(xì)節(jié)處理模塊，根據(jù)簡化標(biāo)準(zhǔn)，對以往模型開展刪除處理。為了確保自適應(yīng)過程，應(yīng)該遍歷零件的所有特點，借助特征辨別技術(shù)，以針對全部特征，提取與之有關(guān)的參數(shù)信息，同時根據(jù)簡化原則開展簡化。⑤定制層。該模塊可以分成多種定制，比如功能定制以及外觀定制等。對于功能定制來講，就是基于零件功能模塊進行設(shè)置的。平臺會結(jié)合使用者給出的零件功能以及屬性參數(shù)，進一步來開展實時渲染，或基于已存在的部件，自行完成裝配。對于外形定制，需要面向一些可見部分，比如圖案，通過借助三維可視化，顯示產(chǎn)品的外型，對外部色彩進行合理調(diào)配，以滿足使用者需求。⑥實例庫。此模塊構(gòu)建功能，就是基于零部件資源，達(dá)到信息集成管理，以便能夠?qū)Y源信息進行共享。建立零件實例庫，有助于更好借鑒以及采集外在資源，同時針對平臺所采集的信息，在開展有關(guān)處理之后，便于記錄以及共享[3]。⑦平臺硬件配置。為了實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)，在設(shè)好上述模塊之后，還應(yīng)該完成硬件配置，具體而言，對于CPU，其配置大于或等于Pentium 2 GHz;可以支持Ps的顯卡;主板是ASUSP4B 533-X;網(wǎng)卡為主板集成;Windows XP為操作系統(tǒng);RAM是512MB。該硬件設(shè)計屬于平臺的關(guān)鍵部分，在進行轉(zhuǎn)換之后，能夠接收輸入信息，通過有關(guān)操作，就能夠針對機械零部件，對其開展三維可視化，基于每一層的轉(zhuǎn)換，發(fā)送至程序由此開展操作。

4? 平臺流程設(shè)置

對于平臺工作環(huán)境管理，其流暢以及便捷，對場景操作存在關(guān)鍵作用，為切實設(shè)好平臺運行環(huán)境，給出了用例規(guī)格說明，達(dá)到平臺建立的有關(guān)功能。由此實現(xiàn)平臺工作的構(gòu)建。在使用者對平臺存在使用需要時，第一，先要開展認(rèn)證，在填好注冊信息之后，使用者能夠選取進行登錄，然后按下模塊按鈕，把使用者給出的零部件信息，傳到服務(wù)器，在服務(wù)器端的作用下，和有關(guān)的注冊信息實行匹配，比如登錄密碼。若正常匹配，系統(tǒng)將跳轉(zhuǎn)至平臺;若沒有登錄成功，則要再次進行登錄。在頁面跳轉(zhuǎn)至管理頁面時，就能夠顯示有關(guān)的場景模型[4]。這個時候，使用者應(yīng)該導(dǎo)進第三方數(shù)據(jù)，向零件提供信息服務(wù)，基于數(shù)據(jù)中心，開展三維可視化。第三，平臺運用加載結(jié)束之后，應(yīng)該借助模塊功能選取，達(dá)到操作這一應(yīng)用的目的，整個過程中，對于實驗資源以及數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)開展總結(jié)以及篩選，在有效排查的基礎(chǔ)上，才能開展測試。由此，完成對平臺的建立。

5? 仿真實驗

為確保平臺運行通暢，通過仿真系統(tǒng)，對平臺開展實驗。以隨機的形式，選擇數(shù)十個開放式機械零部件，將這樣的零部件視為樣本，對其開展平臺測試。包含多個實驗平臺，比如根據(jù)基礎(chǔ)代碼，從而建立的操作平臺，文章所設(shè)置的平臺等。①測試指標(biāo)。對于測試指標(biāo)信息，應(yīng)該符合下述的條件。基于三維可視化環(huán)境，當(dāng)開展測試時，應(yīng)該顯示出零部件的結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出場景的真實感。當(dāng)開展仿真實驗時，需要準(zhǔn)備好一定的方案，以更好應(yīng)對不一樣的情況，要體現(xiàn)出各個方案的優(yōu)勢。對于視頻傳輸功能，應(yīng)該結(jié)合使用者的需要，開展科學(xué)化的安排，保證所獲得的圖像具備可用性。整個測試中，對于不正確的行為，要第一時間提醒，防止發(fā)生問題。符合上述要求的零部件信息，就可以看成有效信息，對其開展分析，如果不符合，則屬于沒有價值的信息，不對其開展分析。②仿真分析。針對樣本檢測，在測試運行時間以及效果的基礎(chǔ)上，對平臺功能開展比較與評估。伴隨檢測數(shù)目的變多，對于可視化渲染時間來講，也隨之在持續(xù)延長。在零部件數(shù)量不超過10時，這幾種方法運行消耗時間，所形成的偏差相對小。在零部件數(shù)量大于40之后，相比于基礎(chǔ)代碼軟件平臺，本體驅(qū)動平臺所消耗的時間較少，發(fā)生此情況的因素，是因為基礎(chǔ)代碼平臺所含的信息庫，已無法符合檢測需要，因此，消耗時間會逐漸增加。這一次測試中，與其余兩種方式進行對比，通過采用三維可視化平臺，所需消耗的時間較小，伴隨數(shù)目的變多，效果變得更加突出。比較分析能夠得知，文章所提出的三維可視化設(shè)計平臺，運行時間較快，可以有效符合具體運用需求，存在較為理想的時間以及性能優(yōu)勢。

6? 結(jié)論

搭建三維可視化設(shè)計平臺，就是為了針對機械零部件，達(dá)到高度仿真的目的，獲取最為理想的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。這一平臺的設(shè)置，選用了B/S架構(gòu)，設(shè)置該平臺硬件結(jié)構(gòu)，為了切實處理運行時間問題，給出了用例規(guī)格，在有效校驗以及驗算的基礎(chǔ)上，滿足使用者需求。同時針對實例計算，把其和硬件結(jié)構(gòu)實行充分的結(jié)合，便于后續(xù)工作者第一時間使用。綜合考慮配置規(guī)格不統(tǒng)一，設(shè)計過程中應(yīng)該通過全面的測試，達(dá)到無限制范圍的平臺構(gòu)建。在本文的最后，實行仿真實驗，對平臺的可行性進行驗證，結(jié)果顯示其運行時間較快，可以有效符合具體運用需求，存在較為理想的時間以及性能優(yōu)勢。

參考文獻：

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[3]吳佳杭，孫小撈.復(fù)雜內(nèi)腔零件常見制造誤差的可視化檢測方法研究與實現(xiàn)[D].重慶大學(xué)，2019.

[4]胡安祥.基于UG-CAD三維可視化裝配工藝設(shè)計[J].機械，2019，39（12）：62-65，80.