制絲設(shè)備3D仿真教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

陳家遠(yuǎn) 孫偉欣 楊飛

摘 要：仿真技術(shù)在制絲設(shè)備中的應(yīng)用日益廣泛，本文介紹了利用3D建模軟件建立制絲設(shè)備模型的一般方法。模型的建立可以幫助學(xué)習(xí)者盡快熟練掌握設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理，為進(jìn)行以后設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)、改造提供幫助。

關(guān)鍵詞：3D建模；制絲；教學(xué)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.216

0 前言

近幾年，伴隨著以新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合特點(diǎn)的“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的廣泛推進(jìn)，越來(lái)越多的工業(yè)軟件應(yīng)用于工程機(jī)械設(shè)備行業(yè)的研發(fā)設(shè)計(jì)及制造之中，其中三維軟件SolidWorks更加廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械的各個(gè)領(lǐng)域，為機(jī)械設(shè)備行業(yè)提供快速、準(zhǔn)確的技術(shù)支撐。本課題綜合利用零部件測(cè)繪技術(shù)、三維建模技術(shù)、動(dòng)畫(huà)制作技術(shù)完成設(shè)備三維建模、裝配及裝配演示動(dòng)畫(huà)，把以往的單一的、圖表的教學(xué)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的、直觀(guān)的方式，以便于對(duì)操作工、維修工及相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，為設(shè)備維修保養(yǎng)、結(jié)構(gòu)改進(jìn)等奠定基礎(chǔ)。

1 課題背景

傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式主要是通過(guò)以下途徑：集中培訓(xùn)；利用現(xiàn)場(chǎng)照片或結(jié)構(gòu)示意圖；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作培訓(xùn)；。這種培訓(xùn)方法存在很多問(wèn)題：限制了時(shí)間，地點(diǎn)等，很多約束條件限制學(xué)員的學(xué)習(xí)，成本較高；設(shè)備內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)不能直觀(guān)展現(xiàn)，缺乏系統(tǒng)性，指導(dǎo)上帶有片面性；培訓(xùn)時(shí)間有限，學(xué)習(xí)與掌握周期較長(zhǎng)；重復(fù)學(xué)習(xí)難度較大。

2 技術(shù)路線(xiàn)

通過(guò)3D建模技術(shù)建立設(shè)備的模型，可以直觀(guān)的顯示設(shè)備外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使培訓(xùn)可追溯。以膨脹煙絲線(xiàn)為例，利用SolidWorks建立制絲設(shè)備3D模型的技術(shù)路線(xiàn)：

3 建模過(guò)程

（1）建模平臺(tái)的選擇。SolidWorks基于Windows 桌面系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的三維設(shè)計(jì)軟件，界面十分友好，操作簡(jiǎn)單。與傳統(tǒng)參數(shù)化造型CAD系統(tǒng)如AUTOCAD、Pro/E、UG、CAXA相比，該軟件有強(qiáng)大的基于特征的建模功能、參數(shù)化建模功能、高效能實(shí)體建模功能、高度集成化等優(yōu)點(diǎn)。借助于SolidWorks所具有的三維造型、運(yùn)動(dòng)仿真和虛擬裝配功能，可以使學(xué)員對(duì)設(shè)備部件和原理有更加深刻的認(rèn)識(shí)。SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則在工程機(jī)械行業(yè)的到了全面廣泛的應(yīng)用與認(rèn)可，通過(guò)在車(chē)間一年多的推廣及應(yīng)用實(shí)踐，驗(yàn)證了SolidWorks作為本課題建模平臺(tái)的適用性。

（2）零部件測(cè)繪。對(duì)各個(gè)零部件精確測(cè)繪并繪制草圖，草圖由草圖單元、幾何約束和草圖尺寸組成，繪制草圖的一般步驟：選繪制草圖基準(zhǔn)面-繪制草圖輪廓-添加幾何約束-標(biāo)注尺寸。減少不必要的草圖尺寸，從而使草圖的構(gòu)思更加清晰，按照裝配圖冊(cè)對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行編號(hào)，并標(biāo)注其材質(zhì)、顏色。繪制詳細(xì)的裝配圖紙及尺寸標(biāo)準(zhǔn)，校驗(yàn)裝置制作要求，機(jī)械部件明細(xì)表。對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行深度剖視，并制作展示視頻。

（3）結(jié)構(gòu)分析。對(duì)設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)設(shè)備裝配手冊(cè)與實(shí)際設(shè)備結(jié)合，分析各零件、部件在部件設(shè)備整機(jī)中的位置、作用、以及相關(guān)的裝配關(guān)系、配合關(guān)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系，確定裝配方式，以保證裝配運(yùn)動(dòng)的靈活性、不干涉性，明確裝配技術(shù)要求。

（4）三維模型繪制裝配。運(yùn)用SolidWorks 對(duì)已測(cè)繪的零部件進(jìn)行三維建模，裝配時(shí)，將所有零部件通過(guò)“重合”、“平行”、“垂直”、“距離”、“同軸心”等配合約束裝配起來(lái)，運(yùn)用“移動(dòng)零部件”、“旋轉(zhuǎn)零部件”將零部件拖動(dòng)到便于配合的合適位置，裝配時(shí)應(yīng)注意干涉檢查，消除裝配干涉，并賦予三維模型材質(zhì)，按照裝配圖冊(cè)要求，完成最終的裝配。

（5）三維模型動(dòng)態(tài)仿真視頻制作。按照裝配順序、拆卸順序，運(yùn)用SolidWorks對(duì)各個(gè)零部件添加動(dòng)作，完成零部件的裝配過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真，并制作成視頻文件。最后，加入后期語(yǔ)言和文字講解，使視頻更加生動(dòng)形象，更加易于理解記憶。

（6）仿真教學(xué)系統(tǒng)建立。將零部件展示、功能介紹、裝配、拆卸、技術(shù)要求等部分融為一體，編寫(xiě)視頻教程使用說(shuō)明書(shū)，使用過(guò)程注意事項(xiàng)，建立完善的教學(xué)系統(tǒng)。方便學(xué)員隨時(shí)學(xué)習(xí)，可以系統(tǒng)的學(xué)習(xí)也可以在需要時(shí)有針對(duì)性的學(xué)習(xí)。

（7）試運(yùn)行及效果驗(yàn)證。試運(yùn)行階段得到了車(chē)間維修人員操作人員的高度好評(píng)，整個(gè)培訓(xùn)學(xué)習(xí)過(guò)程可以自由控制，培訓(xùn)文件簡(jiǎn)明了，不需要借用現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備就可以理解的清楚透徹，更有利于以后的記憶，可以反復(fù)鞏固學(xué)習(xí)，在忘記或是急用時(shí)，可以快速查找重新掌握。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)3D模型的建立，學(xué)員可以直觀(guān)的分析設(shè)備內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)組成，拆裝動(dòng)畫(huà)教程可極大的方便對(duì)操作工和相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn)；同時(shí)也為車(chē)間維修人員維修改造設(shè)備建立了一個(gè)平臺(tái)，為車(chē)間其他主機(jī)設(shè)備的數(shù)字化奠定技術(shù)基礎(chǔ)，積累實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，并鍛煉團(tuán)隊(duì)的技術(shù)創(chuàng)新能力。自21世紀(jì)以來(lái)，尤其是政府提出“中國(guó)制造2025”、“工業(yè)4.0”的背景之下，工業(yè)軟件的技術(shù)變革帶給我國(guó)工業(yè)翻天覆地的變化，合理利用實(shí)用的工業(yè)軟件，能夠不斷提升企業(yè)的生產(chǎn)效率，優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)管理。

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作者簡(jiǎn)介：陳家遠(yuǎn)（1989-），男，山東濟(jì)寧人，本科，主要從事煙草制絲設(shè)備研究。