劉孝剛

（渤海船舶職業(yè)學院 動力工程系，遼寧 葫蘆島125000）

0 引言

當前，高校教學設備依然存在某些缺陷及孤立性等問題，未能把每個設備的實驗課都開展起來。為了在教學過程中使學生盡可能多地理解一些難度較大的設計與操作，我們通常應充分、合理、有效地運用多媒體教學課件，以節(jié)省教學時間，降低實驗教學的成本來提高其實驗教學的效率和質量［1］。

冷凝器仿真課件的作用體現(xiàn)在以下幾個方面：a.運用臥式冷凝器仿真課件進行講解可以提高教師的教學效果，比傳統(tǒng)教學中的掛圖更生動，可以使學生快速掌握臥式殼管式冷凝器的內(nèi)部結構以及設備裝配過程，為冷凝器的學習打下基礎；b.采用三維實體仿真課件可以提高學生對冷凝器實體結構的認識；c.冷凝器仿真課件可使復雜問題由繁化簡，既提高了教學效果，又提高了專業(yè)教師運用多媒體技術講授專業(yè)知識的能力，為教師教學多樣化提供了條件。

1 虛擬模型的制作過程

以SolidWorks為設計平臺，應用三維繪圖技術，進行臥式殼管式冷凝器的虛擬仿真。在三維環(huán)境下實現(xiàn)冷凝器與蒸發(fā)器零部件的可視化三維造型設計、動態(tài)可視化裝配過程。本課件以制冷實驗室一臺ST-8HP臥式殼管式冷凝器為實體模型，查閱該設備的二維圖紙，應用三維實體軟件進行冷凝器的實體建模，針對冷凝器機體、冷卻水盤管、折流板、筒體、端蓋進行實體三維構建，然后對各個組件進行實體裝配，形成一臺完整的冷凝器，進行課堂演示，讓學生快速掌握冷凝器內(nèi)部零件結構和拆裝順序。制作過程包括技術資料獲取→運用三維繪圖軟件進行數(shù)據(jù)處理→系統(tǒng)集成→動態(tài)效果顯示。具體制作過程如下：

1）技術資料獲取。查閱ST-8HP臥式殼管式冷凝器的技術圖紙構建實體模型，收集圖紙進行匯總，運用CAD軟件對圖形進行繪制，形成二維圖紙。

2）運用三維繪圖軟件進行數(shù)據(jù)處理。借助常用的三維繪圖軟件將二維圖紙轉化成三維建模的技術圖紙，常見的三維繪圖軟件有 Pro/E、UG、SolidWorks、3Dmax 等，三維造型軟件可以通過創(chuàng)建的三維模型自動生成各種視圖，包括基本視圖、輔助視圖、剖視圖、斷面圖等各種二維投影圖。其中在三維繪圖軟件中，SolidWorks具有較好的視圖自動生成功能，而且視圖能隨著三維立體的變化而改變；其投影方法也可以在第一角投影和第三角投影之間進行切換。

3）對臥式冷凝器中的主要零部件進行三維建模。在機械制圖領域，二維圖紙包含了產(chǎn)品的結構，有的產(chǎn)品還包括生產(chǎn)過程所需的主要信息，如形狀、材料等，在三維建模的過程中，應該充分利用二維圖紙資源進行三維建模。SolidWorks三維繪圖軟件以參數(shù)化特征造型為基礎，以二維平面圖為依據(jù)，進行數(shù)據(jù)結構兼容，實現(xiàn)*.dwg文件的輸入輸出。在SolidWorks軟件中，提供了AutoCAD各種軟件的模擬器，使得課件設計者在原有圖紙的基礎上，順利地將二維圖紙設計轉化成三維實體模型的設計。

4）系統(tǒng)集成。完成冷凝器機體三維實體構建，完成臥式殼管式冷凝器圓筒形、外殼、端蓋、管板和管束實體的構建，形成一臺冷凝器的三維實體模型。將冷凝器零部件進行裝配，進行渲染，形成冷凝器的裝配文件。

5）動態(tài)效果顯示。冷凝器實現(xiàn)動態(tài)仿真，實現(xiàn)可視化拆裝過程，學生可移動鼠標進行臥式殼管式冷凝器拆裝。

圖1

2 制作虛擬模型的關鍵技術

2.1 融入模塊功能

根據(jù)冷凝器模型庫的制作過程，結合工作過程和生產(chǎn)制作工藝，在與企業(yè)技術人員溝通、協(xié)調(diào)下分析設計冷凝器的虛擬模型動畫。能夠根據(jù)網(wǎng)站布局要求選擇合適的動畫尺寸，分析設計網(wǎng)站宣傳動畫，根據(jù)不同的動畫選擇不同的元件創(chuàng)建補間動畫、引導層動畫和遮罩效果認識幀（Frame）、時間軸和圖層等模塊功能，進一步制作圖形元件、按鈕元件和影片剪輯元件的補間動畫、制作引導層動畫和遮罩效果，使模塊功能融入到冷凝器的模型動畫中，根據(jù)現(xiàn)場的教學要求和設計要求，確定了Flash設計制作，以達到增加頁面動態(tài)效果和美化頁面的效果。

2.2 有效實現(xiàn)人機交互

人機交互、人機互動，簡稱HCI或HMI，系統(tǒng)與用戶進行互動和交流，系統(tǒng)可以是計算機的操作系統(tǒng)和軟件。人機交互界面通常是指用戶可見的部分，通過用戶與人機交互界面的系統(tǒng)交流，并進行操作與執(zhí)行。進行冷凝器三維動態(tài)實體虛擬拆卸與裝配，形成冷凝器可執(zhí)行仿真拆裝文件，有效實現(xiàn)人機交互。學生可以通過計算機將一臺完整的冷凝器進行完整的拆裝，實現(xiàn)模擬真實的拆裝環(huán)境。

2.3 采用網(wǎng)頁和flash形式將臥式冷凝器虛擬模型深度融合

三維繪圖軟件在虛擬模型動畫演示方面美中不足，特別是設備的安裝拆卸等方面，對于復雜的工藝流程通過Flash軟件通過電腦演示出來，將極大地提高學生對元部件的感性認識，同時對系統(tǒng)的流程、動態(tài)過程也有了一個清醒的認識，因此將兩款軟件有機結合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，從而制作出教學虛擬模型進行專業(yè)教學。利用Flash制作的課件動畫具有雙向的信息傳遞功能，不僅可以向用戶演示冷凝器的結構與裝配過程，同時也允許用戶使用交互命令進行設備的拆裝操作，經(jīng)過深度融合，增強了課件的交互功能。

3 結語

三維實體虛擬仿真環(huán)境下的冷凝器拆裝課件解決了教學中的難題。通過三維技術創(chuàng)建虛擬設備，能彌補教學實體設備不能快速更新的問題，達到資源庫的最優(yōu)化；由于是仿真設備，可以使元器件和設備庫的建設降低成本，實現(xiàn)無限制的使用和復制，并減少人為損壞的可能性。所以，此課件的開發(fā)既對高校學生的實景訓練、虛擬仿真產(chǎn)生積極影響，同時對研究和開拓三維仿真課件的新方法和新手段也具有重大的現(xiàn)實意義。

［1］ 劉孝剛．三維實體虛擬仿真環(huán)境下的壓縮機拆裝課件開發(fā)［J］船舶職業(yè)教育，2013（2）：15-19．

［2］ 高磊，李征濤，王芳.空氣源熱泵熱水機性能測試臺的研制［J］．制冷空調(diào)與電力機械，2009（2）：6-25．

［3］ 邵雙全，石文星，陳華俊，等．制冷空調(diào)系統(tǒng)計算機仿真技術綜述［J］．制冷與空調(diào)，2002，2（3）：10-13．