制絲設(shè)備3D仿真教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)

陳家遠 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，為進行以后設(shè)備維護保養(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)深度融合特點的“中國制造2025”戰(zhàn)略的廣泛推進，越來越多的工業(yè)軟件應(yīng)用于工程機械設(shè)備行業(yè)的研發(fā)設(shè)計及制造之中，其中三維軟件SolidWorks更加廣泛應(yīng)用于工程機械的各個領(lǐng)域，為機械設(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繪技術(shù)、三維建模技術(shù)、動畫制作技術(shù)完成設(shè)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(xué)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟r的、動態(tài)的、直觀的方式，以便于對操作工、維修工及相關(guān)技術(shù)人員進行培訓(xùn)，為設(shè)備維修保養(yǎng)、結(jié)構(gòu)改進等奠定基礎(chǔ)。

1 課題背景

傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式主要是通過以下途徑：集中培訓(xùn)；利用現(xiàn)場照片或結(jié)構(gòu)示意圖；現(xiàn)場實際操作培訓(xùn)；。這種培訓(xùn)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(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)不能直觀展現(xiàn)，缺乏系統(tǒng)性，指導(dǎo)上帶有片面性；培訓(xùn)時間有限，學(xué)習(xí)與掌握周期較長；重復(fù)學(xué)習(xí)難度較大。

2 技術(shù)路線

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

3 建模過程

（1）建模平臺的選擇。SolidWorks基于Windows 桌面系統(tǒng)開發(fā)的三維設(shè)計軟件，界面十分友好，操作簡單。與傳統(tǒng)參數(shù)化造型CAD系統(tǒng)如AUTOCAD、Pro/E、UG、CAXA相比，該軟件有強大的基于特征的建模功能、參數(shù)化建模功能、高效能實體建模功能、高度集成化等優(yōu)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(xué)員對設(shè)備部件和原理有更加深刻的認(rèn)識。SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則在工程機械行業(yè)的到了全面廣泛的應(yīng)用與認(rèn)可，通過在車間一年多的推廣及應(yīng)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(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，按照裝配圖冊對各個零部件進行編號，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)，校驗裝置制作要求，機械部件明細(xì)表。對關(guān)鍵零部件進行深度剖視，并制作展示視頻。

（3）結(jié)構(gòu)分析。對設(shè)備進行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)設(shè)備裝配手冊與實際設(shè)備結(jié)合，分析各零件、部件在部件設(shè)備整機中的位置、作用、以及相關(guān)的裝配關(guān)系、配合關(guān)系、運動關(guān)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(shù)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(zhuǎn)零部件”將零部件拖動到便于配合的合適位置，裝配時應(yīng)注意干涉檢查，消除裝配干涉，并賦予三維模型材質(zhì)，按照裝配圖冊要求，完成最終的裝配。

（5）三維模型動態(tài)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(tài)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(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，編寫視頻教程使用說明書，使用過程注意事項，建立完善的教學(xué)系統(tǒng)。方便學(xué)員隨時學(xué)習(xí)，可以系統(tǒng)的學(xué)習(xí)也可以在需要時有針對性的學(xué)習(xí)。

（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(xùn)學(xué)習(xí)過程可以自由控制，培訓(xùn)文件簡明了，不需要借用現(xiàn)場的設(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，可以快速查找重新掌握。

4 結(jié)語

通過3D模型的建立，學(xué)員可以直觀的分析設(shè)備內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)及傳動系統(tǒng)組成，拆裝動畫教程可極大的方便對操作工和相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn)；同時也為車間維修人員維修改造設(shè)備建立了一個平臺，為車間其他主機設(shè)備的數(shù)字化奠定技術(shù)基礎(chǔ)，積累實戰(zhàn)經(jīng)驗，并鍛煉團隊的技術(shù)創(chuàng)新能力。自21世紀(jì)以來，尤其是政府提出“中國制造2025”、“工業(yè)4.0”的背景之下，工業(yè)軟件的技術(shù)變革帶給我國工業(yè)翻天覆地的變化，合理利用實用的工業(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。

參考文獻：

[1]成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：152-156.

[2]戴順安，趙永順，鄧家提.“多視圖”全局集成產(chǎn)品模型研究[J].計算機集成制造系統(tǒng)CIMS.1997：95-98.

[3]李存榮，彭華，郭順生等.基于SolidWorks的寄生式設(shè)計系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].機械設(shè)計與制造工程，2002：37-38.

[4]喻宏波，王玉敏，王玉新等.多桿空間結(jié)構(gòu)三維實體仿真[J].機械設(shè)計，1999：16-17.

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(shè)備研究。