SOLIDWORKS Composer 在設(shè)計(jì)院工藝仿真中的應(yīng)用

陳靜，葉李，曹斯明

（中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

目前，設(shè)計(jì)院正在從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式逐步改變，尤其對(duì)于工藝展示方面，尋求更多的途徑。傳統(tǒng)方式是采用文字、圖片或者圖紙向客戶介紹，客戶難于理解并且無(wú)法突出優(yōu)點(diǎn)。向第三方公司提供設(shè)計(jì)模型制作工藝仿真存在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)外漏風(fēng)險(xiǎn)，第三方公司大多無(wú)機(jī)械行業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)等理解較差，容易出現(xiàn)工藝仿真內(nèi)容展示錯(cuò)誤。為了更好地展示工藝內(nèi)容，本文以電機(jī)定子繞組生產(chǎn)線為例，介紹SOLIDWORKS Composer 軟件在工藝仿真中的應(yīng)用。

2 SOLIDWORKS Composer 簡(jiǎn)介

SOLIDWORKS Composer 是由達(dá)索公司出品的一款軟件，它具有非常高的集成度，操作簡(jiǎn)便，非常適合非專業(yè)設(shè)計(jì)人員使用。SOLIDWORKS Composer 可無(wú)縫讀取SolidWorks 數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以采用CATIA、Pro/ENGINEER、UG 等主流設(shè)計(jì)軟件的模型。SOLIDWORKS Composer 具有優(yōu)秀的模型壓縮處理能力，對(duì)大型裝配體的處理速度非常快。SOLIDWORKS Composer可輸出許多標(biāo)準(zhǔn)文件格式，包括.smg、PDF、HTML 等，允許用戶將SOLIDWORKS Composer 生成的內(nèi)容集成到現(xiàn)有產(chǎn)品文檔中。這種快速、簡(jiǎn)單的方式，大大縮短了產(chǎn)品的上市周期，為用戶減少了前期的投資成本【1】。

3 模型準(zhǔn)備

3.1 三維模型的準(zhǔn)備

目前，可通過(guò)比較主流的三維設(shè)計(jì)軟件來(lái)建立三維模型，在本文中，定子繞組生產(chǎn)線的三維模型是通過(guò)SOLIDWORKS 2018 建立的。除了在動(dòng)畫(huà)細(xì)節(jié)中可以看到的零部件外，對(duì)于看不到的、隱藏在其他零件后的零部件進(jìn)行簡(jiǎn)化或者刪除，運(yùn)動(dòng)部件裝配時(shí)保證在初始位置放置，建立模型整體效果如圖1所示。同時(shí)，為了增加美觀和更詳細(xì)的電機(jī)生產(chǎn)車間內(nèi)部情況，添加一些輔助的場(chǎng)景角色，如廠房、地面、貨架、浸漆線、清洗線、變速器裝配線、電機(jī)總裝線、起重機(jī)等三維模型，對(duì)整個(gè)電機(jī)生產(chǎn)車間做簡(jiǎn)單建模，模型效果如圖2 所示。

圖1 定子繞組生產(chǎn)線整體模型

圖2 電機(jī)生產(chǎn)車間模型

3.2 模型顏色、紋理、貼圖等設(shè)置

大多數(shù)的設(shè)計(jì)師在進(jìn)行產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)時(shí)往往采用軟件默認(rèn)的顏色，難以使客戶眼前一亮，不能獲得更生動(dòng)的動(dòng)畫(huà)。所以在利用SOLIDWORKS Composer 時(shí)，可按照產(chǎn)品實(shí)際外觀美化模型顏色，搭配合理的顏色會(huì)讓客戶興趣大增。模型顏色設(shè)定通常有2 種方法：一是在SOLIDWORKS 軟件中設(shè)置好模型的顏色，保存后再導(dǎo)入 SOLIDWORKS Composer 中【2】；二是將模型導(dǎo)入 SOLIDWORKS Composer 后，在 SOLIDWORKS Composer 中設(shè)置每一個(gè)角色的背景、光源、顏色屬性、紋理和貼圖，本文中電機(jī)線圈和綁線的顏色就是在模型導(dǎo)入SOLIDWORKS Composer 里設(shè)置的，如圖 3 所示。2 種顏色設(shè)置方法在應(yīng)用時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選擇，并沒(méi)有太大的區(qū)別。為了使模型更自然真實(shí)，在顏色設(shè)置完成之后還可以添加光源，達(dá)到更好的渲染效果。

圖3 在SOLIDWORKS Composer 中設(shè)置電機(jī)顏色

4 整理動(dòng)畫(huà)過(guò)程

在上一階段完成對(duì)模型的建立并對(duì)模型進(jìn)行處理，接下來(lái)使用SOLIDWORKS Composer 制作工藝動(dòng)畫(huà)。

4.1 根據(jù)工藝流程設(shè)定動(dòng)畫(huà)流程

首先是定子繞組生產(chǎn)線的流程：定子鐵芯上線—插槽紙—自動(dòng)繞線—嵌線—擴(kuò)形—插相間槽紙—焊接—中間整形（自動(dòng)翻轉(zhuǎn)）—端部綁線—最終整形—測(cè)試、返修—下線存放，人們要確定哪些角色進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作是什么，將這些動(dòng)作羅列出來(lái)，并對(duì)角色鏈接父子關(guān)系、創(chuàng)建選擇集，使動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程更清晰、簡(jiǎn)單、明了。本文中插紙機(jī)的動(dòng)作設(shè)計(jì)如圖4所示。通過(guò)羅列分步的運(yùn)動(dòng)，避免在制作過(guò)程中出現(xiàn)遺漏。

圖4 插紙機(jī)動(dòng)作設(shè)計(jì)

4.2 合理調(diào)節(jié)動(dòng)畫(huà)的幀率

軟件默認(rèn)的幀率是1s 30 張畫(huà)面，越高的幀率畫(huà)面越流暢，同時(shí)對(duì)顯卡以及CPU 要求也非常高，當(dāng)幀率超過(guò)65Fps，主觀感受不是很明顯了。一般動(dòng)畫(huà)的時(shí)長(zhǎng)控制在5min 以內(nèi)，不會(huì)讓觀眾感到冗繁，因此，設(shè)計(jì)師可以通過(guò)調(diào)節(jié)幀率控制每部分動(dòng)畫(huà)的時(shí)間長(zhǎng)度，達(dá)到控制總時(shí)間長(zhǎng)度的目的【3】。

4.3 攝像機(jī)關(guān)鍵幀

在進(jìn)行動(dòng)畫(huà)制作時(shí)要保證模型在安全框內(nèi)，這樣在攝像機(jī)進(jìn)行移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的時(shí)候就不會(huì)出現(xiàn)看不到模型的情況。攝像機(jī)的擺放位置和數(shù)量要綜合所有的運(yùn)動(dòng)一起考慮，通過(guò)設(shè)置相機(jī)關(guān)鍵幀，可以實(shí)現(xiàn)模型的平移、旋轉(zhuǎn)、縮小、放大及走查功能【4】。攝像機(jī)關(guān)鍵幀默認(rèn)情況下是需要手動(dòng)更新的。

4.4 動(dòng)畫(huà)制作

在機(jī)構(gòu)的合理性中創(chuàng)建模型的動(dòng)畫(huà)，通過(guò)樞軸的變換、鏈接父子集，人們只需要根據(jù)工藝流程對(duì)模型進(jìn)行平移拖放和旋轉(zhuǎn)，并添加一些特效處理，如漸入、漸出、熱點(diǎn)等，加入一些協(xié)同角色，就可以做出符合客戶要求的工藝仿真動(dòng)畫(huà)，立式繞線機(jī)繞線的動(dòng)畫(huà)制作如圖5 所示。SOLIDWORKS Composer 將圖、文、動(dòng)畫(huà)完美地結(jié)合在一起，簡(jiǎn)單、實(shí)用、友好，非常適合設(shè)計(jì)院人員上手操作。

圖5 立式繞線機(jī)繞線動(dòng)畫(huà)

4.5 動(dòng)畫(huà)保存

人們通常將制作好的動(dòng)畫(huà)保存成AVI 格式，SOLIDWORKS Composer 兼容多種解碼器，根據(jù)需要選擇。SOLIDWORKS Composer 還提供了.smg、PDF、HTML、可執(zhí)行程序等更多的保存方式。

4.6 動(dòng)畫(huà)后期處理

為了向客戶展示動(dòng)畫(huà)，人們不僅僅只需要?jiǎng)赢?huà)流程，好的片頭、字幕、音樂(lè)等能讓產(chǎn)品達(dá)到更好的展示效果。可以通過(guò)會(huì)聲會(huì)影、Adobe After Effects、Premiere、Allok Video Joiner、RealMedia Editor、iFilmEdit 等編輯軟件進(jìn)行剪輯、合成，通過(guò)一系列的處理，最終可得到滿足客戶需求的動(dòng)畫(huà)效果，如圖 6 所示。

4.7 動(dòng)畫(huà)隨著設(shè)計(jì)更改而更改

按照上述方法和過(guò)程，制作出模型的工藝仿真動(dòng)畫(huà)。當(dāng)設(shè)計(jì)發(fā)生更改時(shí)，SOLIDWORKS 模型必然也要修改，SOLIDWORKS Composer 提供了更新功能，通過(guò)SOLIDWORKS Composer 幾何圖形——更新，就能對(duì)模型幾何體進(jìn)行快捷更新，實(shí)現(xiàn)輸出動(dòng)畫(huà)與設(shè)計(jì)的一致性。

圖6 定子繞組生產(chǎn)線工藝仿真動(dòng)畫(huà)

5 結(jié)語(yǔ)

利用SOLIDWORKS Composer 制作的工藝仿真動(dòng)畫(huà)美觀、大方。通過(guò)動(dòng)畫(huà)的展示，使業(yè)主在短時(shí)間內(nèi)快速加深對(duì)工藝的了解，同時(shí)通過(guò)使用富有穿透力的鏡頭、語(yǔ)言和特效體現(xiàn)特定的動(dòng)畫(huà)和仿真技術(shù)，給觀看者帶來(lái)一定的視覺(jué)享受和沖擊力，豐富了工程設(shè)計(jì)內(nèi)容的展示形式，獲得了業(yè)主的青睞。既能使客戶滿意，增加投標(biāo)報(bào)價(jià)時(shí)的中標(biāo)率，又能減輕設(shè)計(jì)人員負(fù)擔(dān)，減少紙質(zhì)文件的浪費(fèi)，還能保證輸出動(dòng)畫(huà)與設(shè)計(jì)更改的一致性，減少勞動(dòng)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。