基于EONStudio平臺的臥式內(nèi)燃火管鍋爐裝配仿真

崔曉偉

（華東理工大學，上海 200237）

0 引言

鍋爐在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中有著十分重要的地位，是火電站、船舶、機車和工礦企業(yè)等工業(yè)生產(chǎn)的重要動力設(shè)備，下面將在臥式內(nèi)燃火管鍋爐（簡稱：鍋爐）的3D 建?；A(chǔ)上，重點介紹通過EON Studio 平臺如何運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)鍋爐裝配的仿真。

1 鍋爐的3D 建模

臥式內(nèi)燃火管鍋爐是目前應用較廣的鍋爐之一。我們將以此為例，運用SolidWorks 建立鍋爐主要外部件的三維模型。

1.1 鍋爐受壓部件及上煤裝置的建模

鍋爐的主要受壓部件是筒體，此外，上煤裝置主要由煤斗、下部煤灰箱組成，兩部分固定為一體,與手輪組件、手柄組件和排灰門等部件構(gòu)成鍋爐的主體結(jié)構(gòu)，其3D 建模，如圖1（a）、圖1（b）所示。

1.2 鍋爐整體的3D 建模

對鍋爐的上下框架、點火裝置進行3D建模，再與主部件模型裝配成整體，如圖1（c）所示。鍋爐各部件建模主要采用自底向上建模技術(shù)。其中，根據(jù)SolidWorks 的參數(shù)化功能，可對任一模塊進行尺寸的修改。在部件生成裝配體過程中，單擊【干涉檢查】按鈕進行檢查，若有干涉，可以直接在裝配環(huán)境下編輯部件。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)平臺EON Studio 與鍋爐裝配仿真的實現(xiàn)

EON Studio 具有強大的圖形功能，適合編程交互式開發(fā)方面的使用。EON Studio 是一個完全基于GUI 的設(shè)計工具，能適用于Script、C++、EON SDK 等語言，能支持計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件及Microsoft ActiveX控件的運用，從而使3D 模型加上行為，是一個能夠以多種方式（如：Internet、CD-ROM 等）發(fā)布的應用程序，是一個具有虛擬現(xiàn)實場景的3D 多媒體應用程序。

圖1 鍋爐建模

圖2 鍋爐模型IGES 格式保存

圖3 鍋爐模型3Dtudio 格式保存

圖4 載入Frame 功能節(jié)點

圖5 載入

圖6 輸入載入選項

圖7 所需輸入的選項

2.1 3D 模型的導入

一般而言，模擬程序的建構(gòu)，需利用文件格式的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)3D 物體新增到模擬程序中。在這里3D 物體載入時,將由3D Studio 格式轉(zhuǎn)換為適用于EON 的格式：1）將SolidWorks 建立的3D 模型轉(zhuǎn)換為IGES 格式保存，如圖2。2）將以IGES 格式保存的鍋爐部件導入3D Max 中，進行材質(zhì)、顏色設(shè)置，再將其以3D Studio格式導出，如圖3。3）EON 中3D 模型的虛擬現(xiàn)實仿真步驟如下：

（1）選擇Frame（框架）功能節(jié)點（載入物體的父系），如圖4。

（2）在File（文件）欄中選擇Import（載入），如圖5。

（3）選擇文件格式。在Import（載入）中選擇3D Studio。

（4）在Import File（載入文件）顯示欄中選擇模型文件。

（5）對輸入文件的選擇和確定，如圖6。

（6）在對話框中，選擇所需要輸入的選項，建立EON模型的樹狀結(jié)構(gòu)。其中，目錄路徑為載入材質(zhì)（Texture）及網(wǎng)格（Mesh）的目的路徑，其他可以選擇與其相應的設(shè)置內(nèi)容。單擊OK 按鈕將物體轉(zhuǎn)換為EON 所支持的格式，如圖7 所示。

2.2 鍋爐裝配的仿真

鍋爐仿真主要有裝配仿真和運行仿真。這里只進行裝配仿真。

2.2.1 裝配過程與節(jié)點

在裝配仿真中，我們將鍋爐分為3 部分依次導入，其順序為：1）筒體；2）上下框架及點火裝置；3）上煤裝置。仿真需要實現(xiàn)的效果為：按下部件的序號，部件則進入視框。如：按下1 鍵，筒體進入視圖框。

主要節(jié)點的應用：

1）路徑節(jié)點（Path noth）。它可以移動或旋轉(zhuǎn)父系節(jié)點的坐標位置。在節(jié)點視窗里，我們可以輸入物體各個時間點的移動位置和方向，每個時間點里包含目的位置（x，y，z）及方向（h，p，r）的參數(shù)設(shè)置。因此，在設(shè)置好各個時間點的位置及方向參數(shù)后，物體將會依照各個時間點的設(shè)置順序，平移到指定位置并同時轉(zhuǎn)到所設(shè)置的方向。

2）位置節(jié)點（Position noth）?？梢耘c具有位置和方向?qū)傩缘娜魏喂?jié)點一起使用，影響其父系節(jié)點下的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并依照所定義的速度和加速度來移動模型原件到指定的位置和方向?；蚋淖兘K點的位置、方向及旋轉(zhuǎn)角度。

3）ClickSenser 節(jié)點是傳感器節(jié)點，可通過鼠標單擊觸發(fā)，激活其他節(jié)點。

4）KeyboardSensor 節(jié)點。可在特定的鍵被按下時，通過產(chǎn)生一個時間來觸發(fā)其他節(jié)點。

2.2.2 裝配仿真的設(shè)置

圖8 載入Path 節(jié)點

圖9 路徑設(shè)置

圖10 載入Keybord-Sensor 節(jié)點

圖11 建立Keybord-Sensor 與Path 關(guān)系

圖12 選擇按鍵

1）Path 節(jié)點設(shè)置。以筒體的路徑設(shè)置為例，在事先導入的3D 模型中，設(shè)置其裝配運動軌跡。將Path 節(jié)點拖動到Frame 節(jié)點下，如圖8。對Path節(jié)點進行屬性設(shè)置，使用Control points 選項卡加入模型時刻點，如圖9。

圖中t 表示時刻，x，y，z分別表示在t 時刻下模型的位置，h，p，r 分別表示模型的旋轉(zhuǎn)角度。

2）KeybordSensor 節(jié)點設(shè)置。加入KeybordSensor 節(jié)點對路徑節(jié)點進行控制，實現(xiàn)在裝配中，按下1 健，筒體模型的路徑從x 軸正向進入視框，緊接著兩次翻轉(zhuǎn)，達到裝配的初始位置。

①加入KeybordSensor，如圖10。

②KeybordSensor 對Path控制。單擊KeybordSensor 的輸出端，選擇OnKeyDown，連接到Path 輸入端，選擇SetRun，如圖11。

③KeybordSensor 按鍵設(shè)置。在筒體模型的進入，我們選擇1 鍵，其余模型的進入，依次選擇2、3、4 鍵，如圖12。

3）Position 節(jié)點設(shè)置。位置節(jié)點的引入是對模型導入的初始位置進行如下設(shè)置：①加入Position 節(jié)點。在筒體模型的Frame 功能節(jié)點下添加Position，如圖13 所示。②模型初始位置的設(shè)置。如圖14，將筒體模型的初始位置設(shè)為60，實現(xiàn)在裝配開始時，筒體模型從x 正向進入視框。

圖13 載入Position 節(jié)點

圖14 Position 節(jié)點設(shè)置

同理，對上下框架、點火裝置及上煤裝置進行類似的設(shè)置，也可以實現(xiàn)鍋爐的裝配。對于其余構(gòu)件的路徑設(shè)置進行相應的變化，會使各個部件的漸入效果多樣，裝配過程更逼真。

2.2.3 實現(xiàn)裝配仿真

基于上面的設(shè)置，筒體模型漸入及各部件模型裝配的過程，如圖15。

圖15 漸入效果和裝配過程

3 結(jié)語

在SolidWorks 完成的三維建?；A(chǔ)上，上述通過基于EON Studio 的虛擬現(xiàn)實軟件平臺，實現(xiàn)了鍋爐裝配仿真。這一界面的建立，為我們優(yōu)化設(shè)計提供了一個良好的虛擬環(huán)境，也預示了虛擬現(xiàn)實技術(shù)將為鍋爐等動力設(shè)備的研究創(chuàng)設(shè)一個新平臺。

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