運用NX軟件結(jié)合Keyshot軟件制作配電柜組件數(shù)字化裝配展示視頻

張苒

摘要：在科技與經(jīng)濟迅速發(fā)展的今天，工業(yè)設(shè)計手段得到了前所未有的發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和計算機輔助設(shè)計的廣泛應(yīng)用，極大的改進了工業(yè)設(shè)計的技術(shù)手段，使得工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計過程中更加形象直觀。數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于專用配電柜設(shè)計、生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，在專用配電柜部件的裝配環(huán)節(jié)，由于傳統(tǒng)的紙質(zhì)裝配作業(yè)指導(dǎo)書存在一定的局限性，主要表現(xiàn)在兩方面，一是二維工程圖表達裝配信息直觀性差， 工藝規(guī)程可理解性差，需要借助大量文字信息描述裝配過程，導(dǎo)致了規(guī)程較難于理解;二是閱讀傳統(tǒng)的紙質(zhì)裝配作業(yè)指導(dǎo)書對裝配操作者整體技能及專業(yè)知識要求較高。針對以上不足，本文提出了一種運用NX軟件結(jié)合Keyshot軟件制作配電柜組件數(shù)字化裝配展示視頻的方法，用淺顯易懂的裝配展示視頻部分替代傳統(tǒng)的紙質(zhì)裝配作業(yè)指導(dǎo)書，以三維圖形及視頻的形式表達裝配過程，使裝配作業(yè)人員對裝配工藝的理解更準確直觀，降低對裝配作業(yè)人員的專業(yè)要求，節(jié)約培訓(xùn)時間。同時，裝配作業(yè)指導(dǎo)文件實現(xiàn)了數(shù)字化，可在裝配生產(chǎn)線上用顯示器直接顯示，一定程度實現(xiàn)了無紙化。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù) 裝配視頻 NX軟件 Keyshot軟件

正文：

一、選題背景

專用配電柜設(shè)計由整機結(jié)構(gòu)設(shè)計裝配、電氣回路設(shè)計裝配、控制監(jiān)測系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等多個環(huán)節(jié)組成，涉及各種類型部件及組件多達上百種。其研制過程分為原理設(shè)計、驗證、圖紙設(shè)計、整機裝配、試驗測試、帶載考核等多個階段，因此專用配電柜的研制工作較為復(fù)雜。

大型專用配電柜大多數(shù)采用GGD型低壓配電柜及威圖公司標準化系列機柜，機柜體積較大，且機柜內(nèi)電子元器件分布比較零散而且數(shù)量較多。在各個部件的裝配過程中涉及的標準零器件數(shù)量也較多，因此在裝配過程中會出現(xiàn)因為安裝順序錯誤導(dǎo)致重新安裝的現(xiàn)象發(fā)生。

傳統(tǒng)的裝配作業(yè)指導(dǎo)書以二維圖紙結(jié)合文字說明的方式表達裝配工藝及裝配過程，當(dāng)裝配作業(yè)涉及的零件復(fù)雜程度高，裝配作業(yè)的步驟繁雜時，需要用大量的圖紙及文字來描述裝配過程。這種以圖紙配合文字描述來表達裝配工藝及過程的方法有一定的局限性，具體表現(xiàn)在：（1）二維工程圖表達裝配信息直觀性差， 工藝規(guī)程可理解性差，需要借助大量文字信息描述裝配過程，導(dǎo)致了規(guī)程較難于理解;（2）對裝配操作者整體技能及專業(yè)知識要求較高。

傳統(tǒng)的裝配作業(yè)指導(dǎo)書大多是打印到紙上的，裝配作業(yè)的現(xiàn)場環(huán)境經(jīng)常會導(dǎo)致紙張的破損和污染，而且紙張的篇幅有限，單張裝配作業(yè)指導(dǎo)書往往只能描述一步裝配作業(yè)，整個裝配過程需要多頁紙張才能完全描述清楚。這就造成了裝配人員在實際作業(yè)時，需要不停的翻頁閱讀，降低了裝配作業(yè)的效率。

在裝配作業(yè)現(xiàn)場，裝配人員在操作中需要反復(fù)閱讀裝配作業(yè)指導(dǎo)書，當(dāng)指導(dǎo)書有多頁內(nèi)容時，還需要翻頁閱讀，這就使得裝配人員必須停下手中的操作，先閱讀并記住指導(dǎo)書中的相關(guān)內(nèi)容，然后再返回操作。當(dāng)裝配過程復(fù)雜，需要反復(fù)閱讀指導(dǎo)書時，就會降低裝配作業(yè)的效率。

二、解決方案

為了方便裝配人員閱讀裝配作業(yè)指導(dǎo)書，利用 NX軟件根據(jù)實際的裝配順序?qū)⒉考拿恳粋€零件從裝配體中分離，放置到合適的位置，生成電容部件的裝配爆炸圖，并用虛線標示出裝配步驟，再結(jié)合工藝卡片中的描述，裝配過程的表述就會比只用裝配作業(yè)指導(dǎo)書安裝直觀了。但是由于涉及的零部件較多，部分元器件的裝配先后順序還是不能完全在裝配爆炸圖中進行顯示，在表達裝配關(guān)系上仍然有所欠缺。針對傳統(tǒng)裝配作業(yè)指導(dǎo)書的局限性，本文提出了運用可視化技術(shù)制作裝配爆炸圖及裝配過程動畫，以三維圖形及視頻的形式表達裝配過程的方法，使裝配作業(yè)人員對裝配工藝的理解更準確直觀，降低對裝配作業(yè)人員的專業(yè)要求，節(jié)約培訓(xùn)時間。同時，裝配作業(yè)指導(dǎo)文件實現(xiàn)了數(shù)字化，可在裝配生產(chǎn)線上用顯示器直接顯示，一定程度實現(xiàn)了無紙化。

三、具體實現(xiàn)方法

本文運用KeyShot（The Key to Amazing Shots）軟件制作一段電容組件的安裝過程視頻。該視頻可以全方位的呈現(xiàn)出電容組件中各個電子元器件及機械元器件的裝配先后邏輯關(guān)系及相對的安裝位置，通過視頻表達裝配過程，以達到替代傳統(tǒng)紙質(zhì)裝配作業(yè)指導(dǎo)書的目的。

Keyshot作為一個互動性的光線追蹤與全域光渲染程序，可以產(chǎn)生相片級真實的3D 渲染景影像。Keyshot 軟件內(nèi)有豐富的材質(zhì)庫，極大的提高了設(shè)計人員在動畫設(shè)計過程中模型與真實產(chǎn)品的相似度。同時該軟件還有豐富的環(huán)境設(shè)置如燈光位置設(shè)定、燈光強度設(shè)定、地面陰影、地面反射等功能，能夠真實的反應(yīng)產(chǎn)品的材質(zhì)特性。同時，Keyshot軟件提供了靈活多變的照相機視角，可以跟隨部件動作做縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等多種視角操作，全方位展示部件的裝配過程。

利用Keyshot軟件制作裝配演示視頻的步驟如下

1. 模型的創(chuàng)建

應(yīng)用NX軟件完成電容組件的建模工作，將模型文件保存為STP214格式，此格式記錄了電容組件的裝配層級關(guān)系及各零件的顏色信息，便于后期處理。

2. 模型的導(dǎo)入

打開keyshot軟件，選擇導(dǎo)入模型，將STP214格式的電容組件模型導(dǎo)入，在導(dǎo)入對話框中注意選擇貼合地面及向上位置為Z軸。

3. 模型的材質(zhì)編輯

為導(dǎo)入的模型中每個零件分配材質(zhì)。根據(jù)零件的真實顏色及質(zhì)感調(diào)整材質(zhì)面板中的各項參數(shù)，改進顯示效果。這里常用的材質(zhì)類型有塑料、金屬等，常用調(diào)整參數(shù)為顏色、粗糙度、折射系數(shù)等。

通過調(diào)整不同材質(zhì)的參數(shù)提升模型的整體顯示效果，使其更加接近真實環(huán)境中的樣子。

4. 整體場景光照環(huán)境及燈光參數(shù)的設(shè)定

通過調(diào)整環(huán)境面板中的各項性能參數(shù)實現(xiàn)整體場景的光照設(shè)定，這里需要選擇合適的HDR光照環(huán)境貼圖，并設(shè)置好光照強度，并可以通過旋轉(zhuǎn)貼圖角度獲得更理想的光照效果。

5. 攝像機視角的編輯設(shè)定

根據(jù)實際的裝配順序，選擇合適的攝像機視角及運動路徑，以便更加細致全面地展示整個裝配過程。這里需要調(diào)節(jié)攝像機的焦距、運動方式等參數(shù)，保證攝像機視角始終對準正在進行的裝配步驟，詳盡展示每一步的裝配過程。通過攝像機的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等動作，展示電容組件的整體結(jié)構(gòu)及零件間的裝配關(guān)系。

6. 零部件的運動動作編輯

根據(jù)實際的裝配順序，編輯各零部件的運動動作。主要的運動動作包括平移、旋轉(zhuǎn)及二者的疊加運動，這里需要注意調(diào)節(jié)運動的距離及運動速度，以達到理想的顯示效果。通過調(diào)節(jié)每一步動作的持續(xù)時間控制運動的快慢程度，當(dāng)零件拆卸完成后，對其進行淡出顯示處理，有助于使觀看者的注意力始終集中在正在進行的裝配步驟上。

7. 渲染輸出視頻

完成以上的設(shè)置之后，預(yù)覽無誤，進行最終的渲染輸出工作，將每一幀的靜態(tài)圖像制作成連續(xù)播放的視頻動畫輸出，完成裝配視頻動畫的制作。

綜上所述，運用NX軟件結(jié)合Keyshot軟件制作專用配電柜電容組件裝配展示視頻，生動形象地表達了整個電容組件的裝配過程，可幫助操作人員快速地理解整個裝配順序及裝配過程，一定程度替代了傳統(tǒng)紙質(zhì)裝配作業(yè)指導(dǎo)書的作用，使得裝配作業(yè)指導(dǎo)文件實現(xiàn)了數(shù)字化，對推進無紙化作業(yè)有積極的作用。

參考文獻

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