运用NX软件结合Keyshot软件制作配电柜组件数字化装配展示视频

2020-11-20张苒

装备维修技术 2020年8期

张苒

摘要：在科技与经济迅速发展的今天，工业设计手段得到了前所未有的发展，特别是计算机技术的迅猛发展和计算机辅助设计的广泛应用，极大的改进了工业设计的技术手段，使得工业产品的设计过程中更加形象直观。数字化技术已经应用于专用配电柜设计、生产的各个环节，在专用配电柜部件的装配环节，由于传统的纸质装配作业指导书存在一定的局限性，主要表现在两方面，一是二维工程图表达装配信息直观性差，工艺规程可理解性差，需要借助大量文字信息描述装配过程，导致了规程较难于理解;二是阅读传统的纸质装配作业指导书对装配操作者整体技能及专业知识要求较高。针对以上不足，本文提出了一种运用NX软件结合Keyshot软件制作配电柜组件数字化装配展示视频的方法，用浅显易懂的装配展示视频部分替代传统的纸质装配作业指导书，以三维图形及视频的形式表达装配过程，使装配作业人员对装配工艺的理解更准确直观，降低对装配作业人员的专业要求，节约培训时间。同时，装配作业指导文件实现了数字化，可在装配生产线上用显示器直接显示，一定程度实现了无纸化。

关键词：数字化技术装配视频 NX软件 Keyshot软件

正文：

一、选题背景

专用配电柜设计由整机结构设计装配、电气回路设计装配、控制监测系统、辅助系统等多个环节组成，涉及各种类型部件及组件多达上百种。其研制过程分为原理设计、验证、图纸设计、整机装配、试验测试、带载考核等多个阶段，因此专用配电柜的研制工作较为复杂。

大型专用配电柜大多数采用GGD型低压配电柜及威图公司标准化系列机柜，机柜体积较大，且机柜内电子元器件分布比较零散而且数量较多。在各个部件的装配过程中涉及的标准零器件数量也较多，因此在装配过程中会出现因为安装顺序错误导致重新安装的现象发生。

传统的装配作业指导书以二维图纸结合文字说明的方式表达装配工艺及装配过程，当装配作业涉及的零件复杂程度高，装配作业的步骤繁杂时，需要用大量的图纸及文字来描述装配过程。这种以图纸配合文字描述來表达装配工艺及过程的方法有一定的局限性，具体表现在：（1）二维工程图表达装配信息直观性差，工艺规程可理解性差，需要借助大量文字信息描述装配过程，导致了规程较难于理解;（2）对装配操作者整体技能及专业知识要求较高。

传统的装配作业指导书大多是打印到纸上的，装配作业的现场环境经常会导致纸张的破损和污染，而且纸张的篇幅有限，单张装配作业指导书往往只能描述一步装配作业，整个装配过程需要多页纸张才能完全描述清楚。这就造成了装配人员在实际作业时，需要不停的翻页阅读，降低了装配作业的效率。

在装配作业现场，装配人员在操作中需要反复阅读装配作业指导书，当指导书有多页内容时，还需要翻页阅读，这就使得装配人员必须停下手中的操作，先阅读并记住指导书中的相关内容，然后再返回操作。当装配过程复杂，需要反复阅读指导书时，就会降低装配作业的效率。

二、解决方案

为了方便装配人员阅读装配作业指导书，利用 NX软件根据实际的装配顺序将部件的每一个零件从装配体中分离，放置到合适的位置，生成电容部件的装配爆炸图，并用虚线标示出装配步骤，再结合工艺卡片中的描述，装配过程的表述就会比只用装配作业指导书安装直观了。但是由于涉及的零部件较多，部分元器件的装配先后顺序还是不能完全在装配爆炸图中进行显示，在表达装配关系上仍然有所欠缺。针对传统装配作业指导书的局限性，本文提出了运用可视化技术制作装配爆炸图及装配过程动画，以三维图形及视频的形式表达装配过程的方法，使装配作业人员对装配工艺的理解更准确直观，降低对装配作业人员的专业要求，节约培训时间。同时，装配作业指导文件实现了数字化，可在装配生产线上用显示器直接显示，一定程度实现了无纸化。

三、具体实现方法

本文运用KeyShot（The Key to Amazing Shots）软件制作一段电容组件的安装过程视频。该视频可以全方位的呈现出电容组件中各个电子元器件及机械元器件的装配先后逻辑关系及相对的安装位置，通过视频表达装配过程，以达到替代传统纸质装配作业指导书的目的。

Keyshot作为一个互动性的光线追踪与全域光渲染程序，可以产生相片级真实的3D 渲染景影像。Keyshot 软件内有丰富的材质库，极大的提高了设计人员在动画设计过程中模型与真实产品的相似度。同时该软件还有丰富的环境设置如灯光位置设定、灯光强度设定、地面阴影、地面反射等功能，能够真实的反应产品的材质特性。同时，Keyshot软件提供了灵活多变的照相机视角，可以跟随部件动作做缩放、平移、旋转等多种视角操作，全方位展示部件的装配过程。

利用Keyshot软件制作装配演示视频的步骤如下

1. 模型的创建

应用NX软件完成电容组件的建模工作，将模型文件保存为STP214格式，此格式记录了电容组件的装配层级关系及各零件的颜色信息，便于后期处理。

2. 模型的导入

打开keyshot软件，选择导入模型，将STP214格式的电容组件模型导入，在导入对话框中注意选择贴合地面及向上位置为Z轴。

3. 模型的材质编辑

为导入的模型中每个零件分配材质。根据零件的真实颜色及质感调整材质面板中的各项参数，改进显示效果。这里常用的材质类型有塑料、金属等，常用调整参数为颜色、粗糙度、折射系数等。

通过调整不同材质的参数提升模型的整体显示效果，使其更加接近真实环境中的样子。

4. 整体场景光照环境及灯光参数的设定

通过调整环境面板中的各项性能参数实现整体场景的光照设定，这里需要选择合适的HDR光照环境贴图，并设置好光照强度，并可以通过旋转贴图角度获得更理想的光照效果。

5. 摄像机视角的编辑设定

根据实际的装配顺序，选择合适的摄像机视角及运动路径，以便更加细致全面地展示整个装配过程。这里需要调节摄像机的焦距、运动方式等参数，保证摄像机视角始终对准正在进行的装配步骤，详尽展示每一步的装配过程。通过摄像机的平移、旋转、缩放等动作，展示电容组件的整体结构及零件间的装配关系。