冷凝器虚拟模型的制作与开发

刘孝刚

（渤海船舶职业学院 动力工程系，辽宁 葫芦岛125000）

0 引言

当前，高校教学设备依然存在某些缺陷及孤立性等问题，未能把每个设备的实验课都开展起来。为了在教学过程中使学生尽可能多地理解一些难度较大的设计与操作，我们通常应充分、合理、有效地运用多媒体教学课件，以节省教学时间，降低实验教学的成本来提高其实验教学的效率和质量［1］。

冷凝器仿真课件的作用体现在以下几个方面：a.运用卧式冷凝器仿真课件进行讲解可以提高教师的教学效果，比传统教学中的挂图更生动，可以使学生快速掌握卧式壳管式冷凝器的内部结构以及设备装配过程，为冷凝器的学习打下基础；b.采用三维实体仿真课件可以提高学生对冷凝器实体结构的认识；c.冷凝器仿真课件可使复杂问题由繁化简，既提高了教学效果，又提高了专业教师运用多媒体技术讲授专业知识的能力，为教师教学多样化提供了条件。

1 虚拟模型的制作过程

以SolidWorks为设计平台，应用三维绘图技术，进行卧式壳管式冷凝器的虚拟仿真。在三维环境下实现冷凝器与蒸发器零部件的可视化三维造型设计、动态可视化装配过程。本课件以制冷实验室一台ST-8HP卧式壳管式冷凝器为实体模型，查阅该设备的二维图纸，应用三维实体软件进行冷凝器的实体建模，针对冷凝器机体、冷却水盘管、折流板、筒体、端盖进行实体三维构建，然后对各个组件进行实体装配，形成一台完整的冷凝器，进行课堂演示，让学生快速掌握冷凝器内部零件结构和拆装顺序。制作过程包括技术资料获取→运用三维绘图软件进行数据处理→系统集成→动态效果显示。具体制作过程如下：

1）技术资料获取。查阅ST-8HP卧式壳管式冷凝器的技术图纸构建实体模型，收集图纸进行汇总，运用CAD软件对图形进行绘制，形成二维图纸。

2）运用三维绘图软件进行数据处理。借助常用的三维绘图软件将二维图纸转化成三维建模的技术图纸，常见的三维绘图软件有 Pro/E、UG、SolidWorks、3Dmax 等，三维造型软件可以通过创建的三维模型自动生成各种视图，包括基本视图、辅助视图、剖视图、断面图等各种二维投影图。其中在三维绘图软件中，SolidWorks具有较好的视图自动生成功能，而且视图能随着三维立体的变化而改变；其投影方法也可以在第一角投影和第三角投影之间进行切换。

3）对卧式冷凝器中的主要零部件进行三维建模。在机械制图领域，二维图纸包含了产品的结构，有的产品还包括生产过程所需的主要信息，如形状、材料等，在三维建模的过程中，应该充分利用二维图纸资源进行三维建模。SolidWorks三维绘图软件以参数化特征造型为基础，以二维平面图为依据，进行数据结构兼容，实现*.dwg文件的输入输出。在SolidWorks软件中，提供了AutoCAD各种软件的模拟器，使得课件设计者在原有图纸的基础上，顺利地将二维图纸设计转化成三维实体模型的设计。

4）系统集成。完成冷凝器机体三维实体构建，完成卧式壳管式冷凝器圆筒形、外壳、端盖、管板和管束实体的构建，形成一台冷凝器的三维实体模型。将冷凝器零部件进行装配，进行渲染，形成冷凝器的装配文件。

5）动态效果显示。冷凝器实现动态仿真，实现可视化拆装过程，学生可移动鼠标进行卧式壳管式冷凝器拆装。

图1

2 制作虚拟模型的关键技术

2.1 融入模块功能

根据冷凝器模型库的制作过程，结合工作过程和生产制作工艺，在与企业技术人员沟通、协调下分析设计冷凝器的虚拟模型动画。能够根据网站布局要求选择合适的动画尺寸，分析设计网站宣传动画，根据不同的动画选择不同的元件创建补间动画、引导层动画和遮罩效果认识帧（Frame）、时间轴和图层等模块功能，进一步制作图形元件、按钮元件和影片剪辑元件的补间动画、制作引导层动画和遮罩效果，使模块功能融入到冷凝器的模型动画中，根据现场的教学要求和设计要求，确定了Flash设计制作，以达到增加页面动态效果和美化页面的效果。

2.2 有效实现人机交互

人机交互、人机互动，简称HCI或HMI，系统与用户进行互动和交流，系统可以是计算机的操作系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部分，通过用户与人机交互界面的系统交流，并进行操作与执行。进行冷凝器三维动态实体虚拟拆卸与装配，形成冷凝器可执行仿真拆装文件，有效实现人机交互。学生可以通过计算机将一台完整的冷凝器进行完整的拆装，实现模拟真实的拆装环境。

2.3 采用网页和flash形式将卧式冷凝器虚拟模型深度融合

三维绘图软件在虚拟模型动画演示方面美中不足，特别是设备的安装拆卸等方面，对于复杂的工艺流程通过Flash软件通过电脑演示出来，将极大地提高学生对元部件的感性认识，同时对系统的流程、动态过程也有了一个清醒的认识，因此将两款软件有机结合，发挥各自优势，从而制作出教学虚拟模型进行专业教学。利用Flash制作的课件动画具有双向的信息传递功能，不仅可以向用户演示冷凝器的结构与装配过程，同时也允许用户使用交互命令进行设备的拆装操作，经过深度融合，增强了课件的交互功能。

3 结语

三维实体虚拟仿真环境下的冷凝器拆装课件解决了教学中的难题。通过三维技术创建虚拟设备，能弥补教学实体设备不能快速更新的问题，达到资源库的最优化；由于是仿真设备，可以使元器件和设备库的建设降低成本，实现无限制的使用和复制，并减少人为损坏的可能性。所以，此课件的开发既对高校学生的实景训练、虚拟仿真产生积极影响，同时对研究和开拓三维仿真课件的新方法和新手段也具有重大的现实意义。

［1］ 刘孝刚．三维实体虚拟仿真环境下的压缩机拆装课件开发［J］船舶职业教育，2013（2）：15-19．

［2］ 高磊，李征涛，王芳.空气源热泵热水机性能测试台的研制［J］．制冷空调与电力机械，2009（2）：6-25．

［3］ 邵双全，石文星，陈华俊，等．制冷空调系统计算机仿真技术综述［J］．制冷与空调，2002，2（3）：10-13．