張苒

摘要：在科技與經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的今天，工業(yè)設(shè)計(jì)手段得到了前所未有的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的廣泛應(yīng)用，極大的改進(jìn)了工業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)手段，使得工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中更加形象直觀。數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于專(zhuān)用配電柜設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，在專(zhuān)用配電柜部件的裝配環(huán)節(jié)，由于傳統(tǒng)的紙質(zhì)裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)存在一定的局限性，主要表現(xiàn)在兩方面，一是二維工程圖表達(dá)裝配信息直觀性差， 工藝規(guī)程可理解性差，需要借助大量文字信息描述裝配過(guò)程，導(dǎo)致了規(guī)程較難于理解;二是閱讀傳統(tǒng)的紙質(zhì)裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)對(duì)裝配操作者整體技能及專(zhuān)業(yè)知識(shí)要求較高。針對(duì)以上不足，本文提出了一種運(yùn)用NX軟件結(jié)合Keyshot軟件制作配電柜組件數(shù)字化裝配展示視頻的方法，用淺顯易懂的裝配展示視頻部分替代傳統(tǒng)的紙質(zhì)裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，以三維圖形及視頻的形式表達(dá)裝配過(guò)程，使裝配作業(yè)人員對(duì)裝配工藝的理解更準(zhǔn)確直觀，降低對(duì)裝配作業(yè)人員的專(zhuān)業(yè)要求，節(jié)約培訓(xùn)時(shí)間。同時(shí)，裝配作業(yè)指導(dǎo)文件實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，可在裝配生產(chǎn)線上用顯示器直接顯示，一定程度實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù) 裝配視頻 NX軟件 Keyshot軟件

正文：

一、選題背景

專(zhuān)用配電柜設(shè)計(jì)由整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配、電氣回路設(shè)計(jì)裝配、控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等多個(gè)環(huán)節(jié)組成，涉及各種類(lèi)型部件及組件多達(dá)上百種。其研制過(guò)程分為原理設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、整機(jī)裝配、試驗(yàn)測(cè)試、帶載考核等多個(gè)階段，因此專(zhuān)用配電柜的研制工作較為復(fù)雜。

大型專(zhuān)用配電柜大多數(shù)采用GGD型低壓配電柜及威圖公司標(biāo)準(zhǔn)化系列機(jī)柜，機(jī)柜體積較大，且機(jī)柜內(nèi)電子元器件分布比較零散而且數(shù)量較多。在各個(gè)部件的裝配過(guò)程中涉及的標(biāo)準(zhǔn)零器件數(shù)量也較多，因此在裝配過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榘惭b順序錯(cuò)誤導(dǎo)致重新安裝的現(xiàn)象發(fā)生。

傳統(tǒng)的裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)以二維圖紙結(jié)合文字說(shuō)明的方式表達(dá)裝配工藝及裝配過(guò)程，當(dāng)裝配作業(yè)涉及的零件復(fù)雜程度高，裝配作業(yè)的步驟繁雜時(shí)，需要用大量的圖紙及文字來(lái)描述裝配過(guò)程。這種以圖紙配合文字描述來(lái)表達(dá)裝配工藝及過(guò)程的方法有一定的局限性，具體表現(xiàn)在：（1）二維工程圖表達(dá)裝配信息直觀性差， 工藝規(guī)程可理解性差，需要借助大量文字信息描述裝配過(guò)程，導(dǎo)致了規(guī)程較難于理解;（2）對(duì)裝配操作者整體技能及專(zhuān)業(yè)知識(shí)要求較高。

傳統(tǒng)的裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)大多是打印到紙上的，裝配作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致紙張的破損和污染，而且紙張的篇幅有限，單張裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)往往只能描述一步裝配作業(yè)，整個(gè)裝配過(guò)程需要多頁(yè)紙張才能完全描述清楚。這就造成了裝配人員在實(shí)際作業(yè)時(shí)，需要不停的翻頁(yè)閱讀，降低了裝配作業(yè)的效率。

在裝配作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，裝配人員在操作中需要反復(fù)閱讀裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，當(dāng)指導(dǎo)書(shū)有多頁(yè)內(nèi)容時(shí)，還需要翻頁(yè)閱讀，這就使得裝配人員必須停下手中的操作，先閱讀并記住指導(dǎo)書(shū)中的相關(guān)內(nèi)容，然后再返回操作。當(dāng)裝配過(guò)程復(fù)雜，需要反復(fù)閱讀指導(dǎo)書(shū)時(shí)，就會(huì)降低裝配作業(yè)的效率。

二、解決方案

為了方便裝配人員閱讀裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，利用 NX軟件根據(jù)實(shí)際的裝配順序?qū)⒉考拿恳粋€(gè)零件從裝配體中分離，放置到合適的位置，生成電容部件的裝配爆炸圖，并用虛線標(biāo)示出裝配步驟，再結(jié)合工藝卡片中的描述，裝配過(guò)程的表述就會(huì)比只用裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)安裝直觀了。但是由于涉及的零部件較多，部分元器件的裝配先后順序還是不能完全在裝配爆炸圖中進(jìn)行顯示，在表達(dá)裝配關(guān)系上仍然有所欠缺。針對(duì)傳統(tǒng)裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的局限性，本文提出了運(yùn)用可視化技術(shù)制作裝配爆炸圖及裝配過(guò)程動(dòng)畫(huà)，以三維圖形及視頻的形式表達(dá)裝配過(guò)程的方法，使裝配作業(yè)人員對(duì)裝配工藝的理解更準(zhǔn)確直觀，降低對(duì)裝配作業(yè)人員的專(zhuān)業(yè)要求，節(jié)約培訓(xùn)時(shí)間。同時(shí)，裝配作業(yè)指導(dǎo)文件實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，可在裝配生產(chǎn)線上用顯示器直接顯示，一定程度實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化。

三、具體實(shí)現(xiàn)方法

本文運(yùn)用KeyShot（The Key to Amazing Shots）軟件制作一段電容組件的安裝過(guò)程視頻。該視頻可以全方位的呈現(xiàn)出電容組件中各個(gè)電子元器件及機(jī)械元器件的裝配先后邏輯關(guān)系及相對(duì)的安裝位置，通過(guò)視頻表達(dá)裝配過(guò)程，以達(dá)到替代傳統(tǒng)紙質(zhì)裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的目的。

Keyshot作為一個(gè)互動(dòng)性的光線追蹤與全域光渲染程序，可以產(chǎn)生相片級(jí)真實(shí)的3D 渲染景影像。Keyshot 軟件內(nèi)有豐富的材質(zhì)庫(kù)，極大的提高了設(shè)計(jì)人員在動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)過(guò)程中模型與真實(shí)產(chǎn)品的相似度。同時(shí)該軟件還有豐富的環(huán)境設(shè)置如燈光位置設(shè)定、燈光強(qiáng)度設(shè)定、地面陰影、地面反射等功能，能夠真實(shí)的反應(yīng)產(chǎn)品的材質(zhì)特性。同時(shí)，Keyshot軟件提供了靈活多變的照相機(jī)視角，可以跟隨部件動(dòng)作做縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等多種視角操作，全方位展示部件的裝配過(guò)程。

利用Keyshot軟件制作裝配演示視頻的步驟如下

1. 模型的創(chuàng)建

應(yīng)用NX軟件完成電容組件的建模工作，將模型文件保存為STP214格式，此格式記錄了電容組件的裝配層級(jí)關(guān)系及各零件的顏色信息，便于后期處理。

2. 模型的導(dǎo)入

打開(kāi)keyshot軟件，選擇導(dǎo)入模型，將STP214格式的電容組件模型導(dǎo)入，在導(dǎo)入對(duì)話框中注意選擇貼合地面及向上位置為Z軸。

3. 模型的材質(zhì)編輯

為導(dǎo)入的模型中每個(gè)零件分配材質(zhì)。根據(jù)零件的真實(shí)顏色及質(zhì)感調(diào)整材質(zhì)面板中的各項(xiàng)參數(shù)，改進(jìn)顯示效果。這里常用的材質(zhì)類(lèi)型有塑料、金屬等，常用調(diào)整參數(shù)為顏色、粗糙度、折射系數(shù)等。

通過(guò)調(diào)整不同材質(zhì)的參數(shù)提升模型的整體顯示效果，使其更加接近真實(shí)環(huán)境中的樣子。

4. 整體場(chǎng)景光照環(huán)境及燈光參數(shù)的設(shè)定

通過(guò)調(diào)整環(huán)境面板中的各項(xiàng)性能參數(shù)實(shí)現(xiàn)整體場(chǎng)景的光照設(shè)定，這里需要選擇合適的HDR光照環(huán)境貼圖，并設(shè)置好光照強(qiáng)度，并可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)貼圖角度獲得更理想的光照效果。

5. 攝像機(jī)視角的編輯設(shè)定

根據(jù)實(shí)際的裝配順序，選擇合適的攝像機(jī)視角及運(yùn)動(dòng)路徑，以便更加細(xì)致全面地展示整個(gè)裝配過(guò)程。這里需要調(diào)節(jié)攝像機(jī)的焦距、運(yùn)動(dòng)方式等參數(shù)，保證攝像機(jī)視角始終對(duì)準(zhǔn)正在進(jìn)行的裝配步驟，詳盡展示每一步的裝配過(guò)程。通過(guò)攝像機(jī)的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等動(dòng)作，展示電容組件的整體結(jié)構(gòu)及零件間的裝配關(guān)系。

6. 零部件的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作編輯

根據(jù)實(shí)際的裝配順序，編輯各零部件的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。主要的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作包括平移、旋轉(zhuǎn)及二者的疊加運(yùn)動(dòng)，這里需要注意調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)的距離及運(yùn)動(dòng)速度，以達(dá)到理想的顯示效果。通過(guò)調(diào)節(jié)每一步動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間控制運(yùn)動(dòng)的快慢程度，當(dāng)零件拆卸完成后，對(duì)其進(jìn)行淡出顯示處理，有助于使觀看者的注意力始終集中在正在進(jìn)行的裝配步驟上。

7. 渲染輸出視頻

完成以上的設(shè)置之后，預(yù)覽無(wú)誤，進(jìn)行最終的渲染輸出工作，將每一幀的靜態(tài)圖像制作成連續(xù)播放的視頻動(dòng)畫(huà)輸出，完成裝配視頻動(dòng)畫(huà)的制作。

綜上所述，運(yùn)用NX軟件結(jié)合Keyshot軟件制作專(zhuān)用配電柜電容組件裝配展示視頻，生動(dòng)形象地表達(dá)了整個(gè)電容組件的裝配過(guò)程，可幫助操作人員快速地理解整個(gè)裝配順序及裝配過(guò)程，一定程度替代了傳統(tǒng)紙質(zhì)裝配作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的作用，使得裝配作業(yè)指導(dǎo)文件實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，對(duì)推進(jìn)無(wú)紙化作業(yè)有積極的作用。

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