陳 瑤，黃煒田

(安徽冶金科技職業(yè)學院 安徽馬鞍山 243041)

高爐爐殼安裝工藝技術(shù)是高爐大修工程的一個重要環(huán)節(jié)。為了節(jié)省設(shè)計準備時間和縮短施工周期，以數(shù)字化模型和虛擬動畫方式呈現(xiàn)設(shè)計方案和施工工藝流程，便于設(shè)計部門與施工方的交流與溝通，方便設(shè)計、施工方案的及時修改，同時降低了施工成本，為減少設(shè)計錯誤、避免施工誤操作提供了保障。

1 Inventor軟件介紹

Autodesk Inventor是美國Autodesk公司于1999年底推出的三維可視化實體模擬軟件。是市場上與DWG兼容性最好的平臺，與Autocad無縫結(jié)合, 可以直接在設(shè)計環(huán)境中生成最先進的彩現(xiàn)和動畫，操作簡單做產(chǎn)品效果逼真且非常容易上手。

Inventor提供最簡便的方式來增強零件和裝配體的真實感。擁用內(nèi)建的焊接設(shè)計環(huán)境，可輕松地在3D中塑型焊接，并可透過模擬焊接準備、焊接以及焊后操作來提高質(zhì)量。

2 模型建立

設(shè)計任務施工動畫屬于三維動畫中的一個分支，與一般三維動畫相比，制作人員既要熟悉施工技術(shù)，又要熟練地使用計算機三維建模技術(shù)來搭建真實的施工方案數(shù)字環(huán)境，最重要的一點是必須了解設(shè)備結(jié)構(gòu)和施工方案，根據(jù)客戶制作的施工方案和施工說明，制作單位必須能夠把它轉(zhuǎn)化為數(shù)字化，并用動畫形式表現(xiàn)出客戶的要求和意圖。

根據(jù)提供的圖紙可以看出，整個爐殼共分為17層。因此，在創(chuàng)建模型的時候，可以考慮先進行整體建模，再將整體拆分成17個對應層的模型，以大幅度提高建模效率。整體建模完成后，先在XY平面上建立兩個任意偏移量的構(gòu)造平面，并將兩個構(gòu)造平面的偏移量分別定義為up和down。待完成切割工作后，利用Inventor內(nèi)置的Ipart功能，將前面定義的兩個變量與Excel文件進行鏈接，再把圖紙上算出的數(shù)據(jù)填寫到Excel中并保存。此時，在Inventor內(nèi)就能夠根據(jù)Excel內(nèi)的數(shù)據(jù)自動對零件進行切割，并生成出17個對應的層模型。最后切割結(jié)果如圖 1所示。

圖1 Ipart編寫器

對于鋼結(jié)構(gòu)標準件，由于存在部分標準件不在Inventor內(nèi)置的標準件庫中，因此需要進行自行繪制標準件。這一部分可以直接繪制出對應的截面，然后利用“標準件生成器”生成一個標準件并導入到自己創(chuàng)建的庫中，以便后續(xù)爐體框架進行調(diào)用。而爐體框架部分的設(shè)計，可以先繪制出基本的線框形狀，再進入裝配環(huán)境，利用“結(jié)構(gòu)件生成器”功能創(chuàng)建對應的結(jié)構(gòu)件，并隱藏基礎(chǔ)框架(如圖 2所示)。

圖2 爐體框架

3 裝配

Inventor提供的裝配模式，和實際的裝配方法非常接近。首先進入部件環(huán)境，然后將前面建模的爐體框架導入，并固定在原點。再根據(jù)圖紙，將爐體相關(guān)的零部件依次裝入并完成約束。所有爐體相關(guān)的零部件安裝完畢后，再導入為了制作動畫而單獨生成的零件，如吊裝用的鋼絲繩。為了方便后期的動畫制作，我們還需要將吊繩的間距設(shè)置為可導出的變量，以便在動畫制作的時候能夠被Inventor Studio調(diào)用。最后導出的變量如圖 4和圖 3所示?？傃b效果如圖5所示。

4 動畫制作

4.1 動畫設(shè)計

所有裝配完畢后，點擊“環(huán)境”選項卡下的“Inventor Studio”按鈕，進入動畫模塊。在這里，我們首先需要在正等軸側(cè)位置創(chuàng)建一個照相機，以便后續(xù)的視角切換。再將前面創(chuàng)建的所有變量引入，方便后續(xù)調(diào)用，接著在0秒的位置將所有暫時不需要的零件均創(chuàng)建一個即時的淡顯動畫，以便于隱藏所有暫未被使用的零部件。最后就可以根據(jù)先前規(guī)劃好的動畫腳本，依次在時間軸中創(chuàng)建動畫步驟。最后創(chuàng)建完畢的動畫步驟如圖6所示。

圖3 Ipart編寫器

圖4 Ipart編寫器

圖5 Ipart編寫器

圖6 Ipart編寫器

4.2 動畫輸出

由于Inventor軟件的動畫引擎限制，對于這種超長時間的動畫，往往在直接制作的時候會出現(xiàn)導出的動畫文件丟幀、噪點、色帶等影響觀看的缺陷。因此，在輸出動畫的時候，要采用“曲線”方法，利用動畫序列圖片輸出代替直接輸出動畫模式，并在后續(xù)利用微軟提供的AVI文件的API和Adobe Premiere進行圖片序列的合并、修改，并最終得到一個經(jīng)過壓制的精美動畫。

而直接的圖像序列輸出，往往需要更多的系統(tǒng)內(nèi)存。在主機內(nèi)存有限，且不能進行擴展的情況下，我們需要對動畫的圖像序列輸出進行分割。本次動畫的時長為130秒，按標準動畫的24幀/秒來計算，共生成3120張圖片，每張圖片的平均大小按5MB計算，共需要15.24GB的可用空間。根據(jù)以往的分割經(jīng)驗，以30秒(720幀)作為一個分割周期最為合適。因此，整個動畫就被分成了5次進行輸出。在分割輸出完畢后，刪除第二次到第五次輸出文件夾下的第一個文件(第0幀)，再把五次輸出的文件名按照順序排序，再利用微軟的相關(guān)API進行序列合并，可以得到18個視頻文件。最后再把這些文件導入到Premiere中，添加標題、片尾、作者等基本信息。對部分Inventor無法實現(xiàn)的項目(如語音、字幕、特效)進行合并(如圖 7所示)。最后將媒體導出，整個動畫就此制作完畢。

圖7 Ipart編寫器

5 結(jié)語

用仿真動畫技術(shù)體現(xiàn)高爐殼體吊裝工藝過程，能更好地讓施工人員直觀地了解整個施工的流程，降低了他們對于書面施工技術(shù)文件的理解難度。大大提升了施工效率，為確保施工質(zhì)量打下了良好的基礎(chǔ)。有利于推動企業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)進步，增強企業(yè)的競爭能力。運用Inventor軟件的參數(shù)化設(shè)計功能，為高爐設(shè)計、維護和安裝建立了參數(shù)化模型，對類似產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計也有一定的參考價值。

參考文獻

[1] 陳伯雄. Inventor機械設(shè)計解析與實戰(zhàn)：專業(yè)篇[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2013

[2] 袁海峰. Inventor與3ds max結(jié)合實現(xiàn)內(nèi)燃機車JZ-7空氣制動機仿真動畫[J]. 科學中國人，2015，11

[3] 袁潔，尹志宏，朱佳明. 基于Inventor的往復式切割器動刀片強度有限元分析[J]. 機械制造，2016，11