制絲設備3D仿真教學系統開發

陳家遠 孫偉欣 楊飛

摘 要：仿真技術在制絲設備中的應用日益廣泛，本文介紹了利用3D建模軟件建立制絲設備模型的一般方法。模型的建立可以幫助學習者盡快熟練掌握設備的結構和工作原理，為進行以后設備維護保養、改造提供幫助。

關鍵詞：3D建模；制絲；教學

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與制造業深度融合特點的“中國制造2025”戰略的廣泛推進，越來越多的工業軟件應用于工程機械設備行業的研發設計及制造之中，其中三維軟件SolidWorks更加廣泛應用于工程機械的各個領域，為機械設備行業提供快速、準確的技術支撐。本課題綜合利用零部件測繪技術、三維建模技術、動畫制作技術完成設備三維建模、裝配及裝配演示動畫，把以往的單一的、圖表的教學方式，轉變為實時的、動態的、直觀的方式，以便于對操作工、維修工及相關技術人員進行培訓，為設備維修保養、結構改進等奠定基礎。

1 課題背景

傳統的培訓方式主要是通過以下途徑：集中培訓；利用現場照片或結構示意圖；現場實際操作培訓；。這種培訓方法存在很多問題：限制了時間，地點等，很多約束條件限制學員的學習，成本較高；設備內部的復雜結構不能直觀展現，缺乏系統性，指導上帶有片面性；培訓時間有限，學習與掌握周期較長；重復學習難度較大。

2 技術路線

通過3D建模技術建立設備的模型，可以直觀的顯示設備外形及內部結構，使培訓可追溯。以膨脹煙絲線為例，利用SolidWorks建立制絲設備3D模型的技術路線：

3 建模過程

（1）建模平臺的選擇。SolidWorks基于Windows 桌面系統開發的三維設計軟件，界面十分友好，操作簡單。與傳統參數化造型CAD系統如AUTOCAD、Pro/E、UG、CAXA相比，該軟件有強大的基于特征的建模功能、參數化建模功能、高效能實體建模功能、高度集成化等優點。借助于SolidWorks所具有的三維造型、運動仿真和虛擬裝配功能，可以使學員對設備部件和原理有更加深刻的認識。SolidWorks所遵循的易用、穩定和創新三大原則在工程機械行業的到了全面廣泛的應用與認可，通過在車間一年多的推廣及應用實踐，驗證了SolidWorks作為本課題建模平臺的適用性。

（2）零部件測繪。對各個零部件精確測繪并繪制草圖，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：選繪制草圖基準面-繪制草圖輪廓-添加幾何約束-標注尺寸。減少不必要的草圖尺寸，從而使草圖的構思更加清晰，按照裝配圖冊對各個零部件進行編號，并標注其材質、顏色。繪制詳細的裝配圖紙及尺寸標準，校驗裝置制作要求，機械部件明細表。對關鍵零部件進行深度剖視，并制作展示視頻。

（3）結構分析。對設備進行結構分析，根據設備裝配手冊與實際設備結合，分析各零件、部件在部件設備整機中的位置、作用、以及相關的裝配關系、配合關系、運動關系，確定裝配方式，以保證裝配運動的靈活性、不干涉性，明確裝配技術要求。

（4）三維模型繪制裝配。運用SolidWorks 對已測繪的零部件進行三維建模，裝配時，將所有零部件通過“重合”、“平行”、“垂直”、“距離”、“同軸心”等配合約束裝配起來，運用“移動零部件”、“旋轉零部件”將零部件拖動到便于配合的合適位置，裝配時應注意干涉檢查，消除裝配干涉，并賦予三維模型材質，按照裝配圖冊要求，完成最終的裝配。

（5）三維模型動態仿真視頻制作。按照裝配順序、拆卸順序，運用SolidWorks對各個零部件添加動作，完成零部件的裝配過程動態仿真，并制作成視頻文件。最后，加入后期語言和文字講解，使視頻更加生動形象，更加易于理解記憶。

（6）仿真教學系統建立。將零部件展示、功能介紹、裝配、拆卸、技術要求等部分融為一體，編寫視頻教程使用說明書，使用過程注意事項，建立完善的教學系統。方便學員隨時學習，可以系統的學習也可以在需要時有針對性的學習。

（7）試運行及效果驗證。試運行階段得到了車間維修人員操作人員的高度好評，整個培訓學習過程可以自由控制，培訓文件簡明了，不需要借用現場的設備就可以理解的清楚透徹，更有利于以后的記憶，可以反復鞏固學習，在忘記或是急用時，可以快速查找重新掌握。

4 結語

通過3D模型的建立，學員可以直觀的分析設備內部機械結構及傳動系統組成，拆裝動畫教程可極大的方便對操作工和相關技術人員的培訓；同時也為車間維修人員維修改造設備建立了一個平臺，為車間其他主機設備的數字化奠定技術基礎，積累實戰經驗，并鍛煉團隊的技術創新能力。自21世紀以來，尤其是政府提出“中國制造2025”、“工業4.0”的背景之下，工業軟件的技術變革帶給我國工業翻天覆地的變化，合理利用實用的工業軟件，能夠不斷提升企業的生產效率，優化企業生產管理。

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作者簡介：陳家遠（1989-），男，山東濟寧人，本科，主要從事煙草制絲設備研究。