制丝设备3D仿真教学系统开发

陈家远 孙伟欣 杨飞

摘 要：仿真技术在制丝设备中的应用日益广泛，本文介绍了利用3D建模软件建立制丝设备模型的一般方法。模型的建立可以帮助学习者尽快熟练掌握设备的结构和工作原理，为进行以后设备维护保养、改造提供帮助。

关键词：3D建模；制丝；教学

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.216

0 前言

近几年，伴随着以新一代信息技术与制造业深度融合特点的“中国制造2025”战略的广泛推进，越来越多的工业软件应用于工程机械设备行业的研发设计及制造之中，其中三维软件SolidWorks更加广泛应用于工程机械的各个领域，为机械设备行业提供快速、准确的技术支撑。本课题综合利用零部件测绘技术、三维建模技术、动画制作技术完成设备三维建模、装配及装配演示动画，把以往的单一的、图表的教学方式，转变为实时的、动态的、直观的方式，以便于对操作工、维修工及相关技术人员进行培训，为设备维修保养、结构改进等奠定基础。

1 课题背景

传统的培训方式主要是通过以下途径：集中培训；利用现场照片或结构示意图；现场实际操作培训；。这种培训方法存在很多问题：限制了时间，地点等，很多约束条件限制学员的学习，成本较高；设备内部的复杂结构不能直观展现，缺乏系统性，指导上带有片面性；培训时间有限，学习与掌握周期较长；重复学习难度较大。

2 技术路线

通过3D建模技术建立设备的模型，可以直观的显示设备外形及内部结构，使培训可追溯。以膨胀烟丝线为例，利用SolidWorks建立制丝设备3D模型的技术路线：

3 建模过程

（1）建模平台的选择。SolidWorks基于Windows 桌面系统开发的三维设计软件，界面十分友好，操作简单。与传统参数化造型CAD系统如AUTOCAD、Pro/E、UG、CAXA相比，该软件有强大的基于特征的建模功能、参数化建模功能、高效能实体建模功能、高度集成化等优点。借助于SolidWorks所具有的三维造型、运动仿真和虚拟装配功能，可以使学员对设备部件和原理有更加深刻的认识。SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则在工程机械行业的到了全面廣泛的应用与认可，通过在车间一年多的推广及应用实践，验证了SolidWorks作为本课题建模平台的适用性。

（2）零部件测绘。对各个零部件精确测绘并绘制草图，草图由草图单元、几何约束和草图尺寸组成，绘制草图的一般步骤：选绘制草图基准面-绘制草图轮廓-添加几何约束-标注尺寸。减少不必要的草图尺寸，从而使草图的构思更加清晰，按照装配图册对各个零部件进行编号，并标注其材质、颜色。绘制详细的装配图纸及尺寸标准，校验装置制作要求，机械部件明细表。对关键零部件进行深度剖视，并制作展示视频。

（3）结构分析。对设备进行结构分析，根据设备装配手册与实际设备结合，分析各零件、部件在部件设备整机中的位置、作用、以及相关的装配关系、配合关系、运动关系，确定装配方式，以保证装配运动的灵活性、不干涉性，明确装配技术要求。

（4）三维模型绘制装配。运用SolidWorks 对已测绘的零部件进行三维建模，装配时，将所有零部件通过“重合”、“平行”、“垂直”、“距离”、“同轴心”等配合约束装配起来，运用“移动零部件”、“旋转零部件”将零部件拖动到便于配合的合适位置，装配时应注意干涉检查，消除装配干涉，并赋予三维模型材质，按照装配图册要求，完成最终的装配。

（5）三维模型动态仿真视频制作。按照装配顺序、拆卸顺序，运用SolidWorks对各个零部件添加动作，完成零部件的装配过程动态仿真，并制作成视频文件。最后，加入后期语言和文字讲解，使视频更加生动形象，更加易于理解记忆。

（6）仿真教学系统建立。将零部件展示、功能介绍、装配、拆卸、技术要求等部分融为一体，编写视频教程使用说明书，使用过程注意事项，建立完善的教学系统。方便学员随时学习，可以系统的学习也可以在需要时有针对性的学习。

（7）试运行及效果验证。试运行阶段得到了车间维修人员操作人员的高度好评，整个培训学习过程可以自由控制，培训文件简明了，不需要借用现场的设备就可以理解的清楚透彻，更有利于以后的记忆，可以反复巩固学习，在忘记或是急用时，可以快速查找重新掌握。

4 结语

通过3D模型的建立，学员可以直观的分析设备内部机械结构及传动系统组成，拆装动画教程可极大的方便对操作工和相关技术人员的培训；同时也为车间维修人员维修改造设备建立了一个平台，为车间其他主机设备的数字化奠定技术基础，积累实战经验，并锻炼团队的技术创新能力。自21世纪以来，尤其是政府提出“中国制造2025”、“工业4.0”的背景之下，工业软件的技术变革带给我国工业翻天覆地的变化，合理利用实用的工业软件，能够不断提升企业的生产效率，优化企业生产管理。

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作者简介：陈家远（1989-），男，山东济宁人，本科，主要从事烟草制丝设备研究。