冷凝器虛擬模型的制作與開發

劉孝剛

（渤海船舶職業學院 動力工程系，遼寧 葫蘆島125000）

0 引言

當前，高校教學設備依然存在某些缺陷及孤立性等問題，未能把每個設備的實驗課都開展起來。為了在教學過程中使學生盡可能多地理解一些難度較大的設計與操作，我們通常應充分、合理、有效地運用多媒體教學課件，以節省教學時間，降低實驗教學的成本來提高其實驗教學的效率和質量［1］。

冷凝器仿真課件的作用體現在以下幾個方面：a.運用臥式冷凝器仿真課件進行講解可以提高教師的教學效果，比傳統教學中的掛圖更生動，可以使學生快速掌握臥式殼管式冷凝器的內部結構以及設備裝配過程，為冷凝器的學習打下基礎；b.采用三維實體仿真課件可以提高學生對冷凝器實體結構的認識；c.冷凝器仿真課件可使復雜問題由繁化簡，既提高了教學效果，又提高了專業教師運用多媒體技術講授專業知識的能力，為教師教學多樣化提供了條件。

1 虛擬模型的制作過程

以SolidWorks為設計平臺，應用三維繪圖技術，進行臥式殼管式冷凝器的虛擬仿真。在三維環境下實現冷凝器與蒸發器零部件的可視化三維造型設計、動態可視化裝配過程。本課件以制冷實驗室一臺ST-8HP臥式殼管式冷凝器為實體模型，查閱該設備的二維圖紙，應用三維實體軟件進行冷凝器的實體建模，針對冷凝器機體、冷卻水盤管、折流板、筒體、端蓋進行實體三維構建，然后對各個組件進行實體裝配，形成一臺完整的冷凝器，進行課堂演示，讓學生快速掌握冷凝器內部零件結構和拆裝順序。制作過程包括技術資料獲取→運用三維繪圖軟件進行數據處理→系統集成→動態效果顯示。具體制作過程如下：

1）技術資料獲取。查閱ST-8HP臥式殼管式冷凝器的技術圖紙構建實體模型，收集圖紙進行匯總，運用CAD軟件對圖形進行繪制，形成二維圖紙。

2）運用三維繪圖軟件進行數據處理。借助常用的三維繪圖軟件將二維圖紙轉化成三維建模的技術圖紙，常見的三維繪圖軟件有 Pro/E、UG、SolidWorks、3Dmax 等，三維造型軟件可以通過創建的三維模型自動生成各種視圖，包括基本視圖、輔助視圖、剖視圖、斷面圖等各種二維投影圖。其中在三維繪圖軟件中，SolidWorks具有較好的視圖自動生成功能，而且視圖能隨著三維立體的變化而改變；其投影方法也可以在第一角投影和第三角投影之間進行切換。

3）對臥式冷凝器中的主要零部件進行三維建模。在機械制圖領域，二維圖紙包含了產品的結構，有的產品還包括生產過程所需的主要信息，如形狀、材料等，在三維建模的過程中，應該充分利用二維圖紙資源進行三維建模。SolidWorks三維繪圖軟件以參數化特征造型為基礎，以二維平面圖為依據，進行數據結構兼容，實現*.dwg文件的輸入輸出。在SolidWorks軟件中，提供了AutoCAD各種軟件的模擬器，使得課件設計者在原有圖紙的基礎上，順利地將二維圖紙設計轉化成三維實體模型的設計。

4）系統集成。完成冷凝器機體三維實體構建，完成臥式殼管式冷凝器圓筒形、外殼、端蓋、管板和管束實體的構建，形成一臺冷凝器的三維實體模型。將冷凝器零部件進行裝配，進行渲染，形成冷凝器的裝配文件。

5）動態效果顯示。冷凝器實現動態仿真，實現可視化拆裝過程，學生可移動鼠標進行臥式殼管式冷凝器拆裝。

圖1

2 制作虛擬模型的關鍵技術

2.1 融入模塊功能

根據冷凝器模型庫的制作過程，結合工作過程和生產制作工藝，在與企業技術人員溝通、協調下分析設計冷凝器的虛擬模型動畫。能夠根據網站布局要求選擇合適的動畫尺寸，分析設計網站宣傳動畫，根據不同的動畫選擇不同的元件創建補間動畫、引導層動畫和遮罩效果認識幀（Frame）、時間軸和圖層等模塊功能，進一步制作圖形元件、按鈕元件和影片剪輯元件的補間動畫、制作引導層動畫和遮罩效果，使模塊功能融入到冷凝器的模型動畫中，根據現場的教學要求和設計要求，確定了Flash設計制作，以達到增加頁面動態效果和美化頁面的效果。

2.2 有效實現人機交互

人機交互、人機互動，簡稱HCI或HMI，系統與用戶進行互動和交流，系統可以是計算機的操作系統和軟件。人機交互界面通常是指用戶可見的部分，通過用戶與人機交互界面的系統交流，并進行操作與執行。進行冷凝器三維動態實體虛擬拆卸與裝配，形成冷凝器可執行仿真拆裝文件，有效實現人機交互。學生可以通過計算機將一臺完整的冷凝器進行完整的拆裝，實現模擬真實的拆裝環境。

2.3 采用網頁和flash形式將臥式冷凝器虛擬模型深度融合

三維繪圖軟件在虛擬模型動畫演示方面美中不足，特別是設備的安裝拆卸等方面，對于復雜的工藝流程通過Flash軟件通過電腦演示出來，將極大地提高學生對元部件的感性認識，同時對系統的流程、動態過程也有了一個清醒的認識，因此將兩款軟件有機結合，發揮各自優勢，從而制作出教學虛擬模型進行專業教學。利用Flash制作的課件動畫具有雙向的信息傳遞功能，不僅可以向用戶演示冷凝器的結構與裝配過程，同時也允許用戶使用交互命令進行設備的拆裝操作，經過深度融合，增強了課件的交互功能。

3 結語

三維實體虛擬仿真環境下的冷凝器拆裝課件解決了教學中的難題。通過三維技術創建虛擬設備，能彌補教學實體設備不能快速更新的問題，達到資源庫的最優化；由于是仿真設備，可以使元器件和設備庫的建設降低成本，實現無限制的使用和復制，并減少人為損壞的可能性。所以，此課件的開發既對高校學生的實景訓練、虛擬仿真產生積極影響，同時對研究和開拓三維仿真課件的新方法和新手段也具有重大的現實意義。

［1］ 劉孝剛．三維實體虛擬仿真環境下的壓縮機拆裝課件開發［J］船舶職業教育，2013（2）：15-19．

［2］ 高磊，李征濤，王芳.空氣源熱泵熱水機性能測試臺的研制［J］．制冷空調與電力機械，2009（2）：6-25．

［3］ 邵雙全，石文星，陳華俊，等．制冷空調系統計算機仿真技術綜述［J］．制冷與空調，2002，2（3）：10-13．