開(kāi)放式機(jī)械零部件三維可視化設(shè)計(jì)研究

龐潤(rùn)弘

摘要：針對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品，把零部件視為設(shè)計(jì)對(duì)象，充分融合硬軟件，在三維可視化場(chǎng)景之下，達(dá)到高度仿真目的，促使平臺(tái)更加流暢，最后實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。通過(guò)結(jié)果得知，所建立的平臺(tái)有著較快的運(yùn)行時(shí)間，可以符合具體運(yùn)用需求，存在理想的時(shí)間以及性能優(yōu)勢(shì)。

Abstract： For mechanical products， parts as design objects， full integration of hardware and software， under the three-dimensional visual scene， to achieve the purpose of high simulation， make the platform more smooth， finally achieve the design purpose. The results show that the established platform has a fast running time， which can meet the specific application requirements and has ideal time and performance advantages.

關(guān)鍵詞：機(jī)械零部件;可視化技術(shù);三維建模;系統(tǒng)仿真;約束范圍

Key words： mechanical parts;visualization technology;three-dimensional modeling;system simulation;scope of constraint

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0229-02

0? 引言

在產(chǎn)品供應(yīng)鏈中存在中較多的因素，尤其是開(kāi)放式零部件資源，不過(guò)在一般平臺(tái)操作中，所需運(yùn)行時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，需要基于一定載荷環(huán)境，方可符合產(chǎn)品性能以及幾何尺寸關(guān)系，難以結(jié)合運(yùn)用需要，對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。對(duì)于上述問(wèn)題，通過(guò)基礎(chǔ)代碼設(shè)置了操作平臺(tái)，對(duì)零件開(kāi)展規(guī)范化處理，即便降低了操作時(shí)間，不過(guò)適用面并不廣，有礙于推廣與運(yùn)用。利用跨CAD平臺(tái)，也建立了相應(yīng)的操作平臺(tái)，然而標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量并不多，難以結(jié)合具體需求的改變，來(lái)對(duì)零部件進(jìn)行增改。對(duì)此，文章給出三維可視化設(shè)計(jì)平臺(tái)。在對(duì)硬軟件進(jìn)行融合的基礎(chǔ)上，把零部件視為設(shè)計(jì)對(duì)象，采用三維建模技術(shù)，達(dá)到高度仿真目的，促使實(shí)驗(yàn)平臺(tái)更加流暢，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1? 可視化技術(shù)概述

對(duì)于大量數(shù)據(jù)的解釋，可視化是一種可行的手段，起初被推廣于科學(xué)以及工程計(jì)算方面，同時(shí)成為現(xiàn)如今熱門(mén)的研究領(lǐng)域，也就是科學(xué)可視化。通過(guò)采用可視化技術(shù)，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而形成相應(yīng)的圖形，在諸多的領(lǐng)域，促使人們的研究方式出現(xiàn)了改變。該項(xiàng)技術(shù)既可運(yùn)用于分子結(jié)構(gòu)演示，也能推廣于飛行模擬，可以說(shuō)是無(wú)處不在。基于互聯(lián)網(wǎng)的背景，可視化和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的融合，有助于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化服務(wù)，由此，促進(jìn)可視區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的誕生，這是一種新的概念，最早出現(xiàn)于2003年，可視化服務(wù)器硬軟件，屬于其關(guān)鍵技術(shù)。

2? 系統(tǒng)仿真

何謂系統(tǒng)仿真，指結(jié)合系統(tǒng)分析目標(biāo)，基于對(duì)要素性質(zhì)與彼此關(guān)系的分析，構(gòu)建可以描述結(jié)構(gòu)的仿真模型，同時(shí)存在相關(guān)的邏輯以及數(shù)量關(guān)系，據(jù)此開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，以便能夠獲取決策所需要的信息。系統(tǒng)仿真屬于一項(xiàng)計(jì)算技術(shù)，特別在系統(tǒng)難以通過(guò)構(gòu)建模型進(jìn)行求解時(shí)，在有效利用仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上，能夠很好完成處理。仿真屬于一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)手段，相比于系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有著一定的不同，對(duì)于仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)講，其并不結(jié)合具體環(huán)境，而是基于人造環(huán)境和系統(tǒng)模型，進(jìn)一步來(lái)開(kāi)展的，這屬于仿真的核心功能。通過(guò)仿真技術(shù)，能夠很好描述系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)與演變等。我國(guó)研究人員提出：系統(tǒng)仿真就是基于實(shí)體，構(gòu)建系統(tǒng)的模型，同時(shí)據(jù)此開(kāi)展系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)[2]。仿真系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖1。

對(duì)于仿真過(guò)程來(lái)講，其也屬于實(shí)驗(yàn)過(guò)程，同時(shí)也是采集以及歸納信息的過(guò)程，特別針對(duì)部分復(fù)雜的隨機(jī)問(wèn)題，通過(guò)采取仿真技術(shù)，有助于獲取所需要的信息。部分不易構(gòu)建模型的目標(biāo)系統(tǒng)，能夠借助仿真模型，有效處理一系列系統(tǒng)問(wèn)題，比如預(yù)測(cè)。采取系統(tǒng)仿真，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的降價(jià)，從而有助于進(jìn)行分析。在系統(tǒng)仿真之下，可以形成新的策略，有利于找到隱藏的問(wèn)題，進(jìn)而可以第一時(shí)間處理。

3? 平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)置

平臺(tái)建立標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)功能需要?jiǎng)澐郑梢苑殖啥鄠€(gè)模塊，比如核心層以及定制層等。①核心層。在整個(gè)平臺(tái)成分中，核心層是非常關(guān)鍵的。針對(duì)三維可視化技術(shù)來(lái)講，其運(yùn)行于平臺(tái)上的數(shù)據(jù)交換，大部分出現(xiàn)于該層，對(duì)此，這一模塊有著一系列的功能，比如故障診斷。對(duì)于三維可視化設(shè)計(jì)平臺(tái)，其可以向數(shù)據(jù)庫(kù)提供支持，綜合分析安全性需求，當(dāng)開(kāi)展認(rèn)證時(shí)，應(yīng)該提供有關(guān)的硬件信息，比如個(gè)人信息，方可開(kāi)展有關(guān)操作。值得一提的是，平臺(tái)對(duì)應(yīng)著多種場(chǎng)景文件時(shí)，應(yīng)該對(duì)文件進(jìn)行更換處理，需要找到主頁(yè)面，加入頁(yè)面鏈接，通過(guò)如此的操作，就可以跳轉(zhuǎn)至有關(guān)的平臺(tái)頁(yè)面。②應(yīng)用層。這一模塊的主要功能是，對(duì)提交請(qǐng)求進(jìn)行處理。使用者進(jìn)到人機(jī)界面之后，應(yīng)該開(kāi)展實(shí)例查詢。當(dāng)檢測(cè)至實(shí)例時(shí)，通過(guò)樹(shù)結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)一步來(lái)體現(xiàn)產(chǎn)品性能，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都和零部件信息相關(guān)，在點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)之后，可以體現(xiàn)使用者需求的型號(hào)，同時(shí)采取樹(shù)的形式，保存于相應(yīng)的文檔，通過(guò)這樣的方式，使用者就能夠直接下載至客戶端。如果未檢測(cè)到實(shí)例，能夠讓廠家添入，完成對(duì)產(chǎn)品信息的上傳。③數(shù)據(jù)層。三維可視化設(shè)計(jì)中，需要考慮較多的細(xì)節(jié)，以下為這一模塊的研發(fā)步驟。首先，數(shù)據(jù)中心獲得需求，和使用者交流，針對(duì)機(jī)械零部件，對(duì)其每一項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行編寫(xiě)，為將來(lái)進(jìn)行做準(zhǔn)備。其次，通過(guò)對(duì)開(kāi)發(fā)工具的使用，建立零部件的模型，當(dāng)構(gòu)建場(chǎng)景時(shí)，一般包含材質(zhì)以及要求，結(jié)合模型交互需要，進(jìn)一步來(lái)搭建場(chǎng)景，在此之后，調(diào)試運(yùn)用于平臺(tái)。再次，針對(duì)三維運(yùn)用的實(shí)際功能，開(kāi)展相應(yīng)的測(cè)試，歸納問(wèn)題，接著開(kāi)展調(diào)試，確保應(yīng)用功能可以符合硬件設(shè)置的要求。④處理層。對(duì)于機(jī)械零部件，由于其總體參數(shù)相對(duì)小，需要認(rèn)真分析細(xì)小特點(diǎn)，基于有限元模型，對(duì)細(xì)節(jié)特征實(shí)行刪除，開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化處理。另一方面，當(dāng)建立細(xì)節(jié)處理模塊，根據(jù)簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)以往模型開(kāi)展刪除處理。為了確保自適應(yīng)過(guò)程，應(yīng)該遍歷零件的所有特點(diǎn)，借助特征辨別技術(shù)，以針對(duì)全部特征，提取與之有關(guān)的參數(shù)信息，同時(shí)根據(jù)簡(jiǎn)化原則開(kāi)展簡(jiǎn)化。⑤定制層。該模塊可以分成多種定制，比如功能定制以及外觀定制等。對(duì)于功能定制來(lái)講，就是基于零件功能模塊進(jìn)行設(shè)置的。平臺(tái)會(huì)結(jié)合使用者給出的零件功能以及屬性參數(shù)，進(jìn)一步來(lái)開(kāi)展實(shí)時(shí)渲染，或基于已存在的部件，自行完成裝配。對(duì)于外形定制，需要面向一些可見(jiàn)部分，比如圖案，通過(guò)借助三維可視化，顯示產(chǎn)品的外型，對(duì)外部色彩進(jìn)行合理調(diào)配，以滿足使用者需求。⑥實(shí)例庫(kù)。此模塊構(gòu)建功能，就是基于零部件資源，達(dá)到信息集成管理，以便能夠?qū)Y源信息進(jìn)行共享。建立零件實(shí)例庫(kù)，有助于更好借鑒以及采集外在資源，同時(shí)針對(duì)平臺(tái)所采集的信息，在開(kāi)展有關(guān)處理之后，便于記錄以及共享[3]。⑦平臺(tái)硬件配置。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，在設(shè)好上述模塊之后，還應(yīng)該完成硬件配置，具體而言，對(duì)于CPU，其配置大于或等于Pentium 2 GHz;可以支持Ps的顯卡;主板是ASUSP4B 533-X;網(wǎng)卡為主板集成;Windows XP為操作系統(tǒng);RAM是512MB。該硬件設(shè)計(jì)屬于平臺(tái)的關(guān)鍵部分，在進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后，能夠接收輸入信息，通過(guò)有關(guān)操作，就能夠針對(duì)機(jī)械零部件，對(duì)其開(kāi)展三維可視化，基于每一層的轉(zhuǎn)換，發(fā)送至程序由此開(kāi)展操作。

4? 平臺(tái)流程設(shè)置

對(duì)于平臺(tái)工作環(huán)境管理，其流暢以及便捷，對(duì)場(chǎng)景操作存在關(guān)鍵作用，為切實(shí)設(shè)好平臺(tái)運(yùn)行環(huán)境，給出了用例規(guī)格說(shuō)明，達(dá)到平臺(tái)建立的有關(guān)功能。由此實(shí)現(xiàn)平臺(tái)工作的構(gòu)建。在使用者對(duì)平臺(tái)存在使用需要時(shí)，第一，先要開(kāi)展認(rèn)證，在填好注冊(cè)信息之后，使用者能夠選取進(jìn)行登錄，然后按下模塊按鈕，把使用者給出的零部件信息，傳到服務(wù)器，在服務(wù)器端的作用下，和有關(guān)的注冊(cè)信息實(shí)行匹配，比如登錄密碼。若正常匹配，系統(tǒng)將跳轉(zhuǎn)至平臺(tái);若沒(méi)有登錄成功，則要再次進(jìn)行登錄。在頁(yè)面跳轉(zhuǎn)至管理頁(yè)面時(shí)，就能夠顯示有關(guān)的場(chǎng)景模型[4]。這個(gè)時(shí)候，使用者應(yīng)該導(dǎo)進(jìn)第三方數(shù)據(jù)，向零件提供信息服務(wù)，基于數(shù)據(jù)中心，開(kāi)展三維可視化。第三，平臺(tái)運(yùn)用加載結(jié)束之后，應(yīng)該借助模塊功能選取，達(dá)到操作這一應(yīng)用的目的，整個(gè)過(guò)程中，對(duì)于實(shí)驗(yàn)資源以及數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)開(kāi)展總結(jié)以及篩選，在有效排查的基礎(chǔ)上，才能開(kāi)展測(cè)試。由此，完成對(duì)平臺(tái)的建立。

5? 仿真實(shí)驗(yàn)

為確保平臺(tái)運(yùn)行通暢，通過(guò)仿真系統(tǒng)，對(duì)平臺(tái)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。以隨機(jī)的形式，選擇數(shù)十個(gè)開(kāi)放式機(jī)械零部件，將這樣的零部件視為樣本，對(duì)其開(kāi)展平臺(tái)測(cè)試。包含多個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，比如根據(jù)基礎(chǔ)代碼，從而建立的操作平臺(tái)，文章所設(shè)置的平臺(tái)等。①測(cè)試指標(biāo)。對(duì)于測(cè)試指標(biāo)信息，應(yīng)該符合下述的條件。基于三維可視化環(huán)境，當(dāng)開(kāi)展測(cè)試時(shí)，應(yīng)該顯示出零部件的結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出場(chǎng)景的真實(shí)感。當(dāng)開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要準(zhǔn)備好一定的方案，以更好應(yīng)對(duì)不一樣的情況，要體現(xiàn)出各個(gè)方案的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于視頻傳輸功能，應(yīng)該結(jié)合使用者的需要，開(kāi)展科學(xué)化的安排，保證所獲得的圖像具備可用性。整個(gè)測(cè)試中，對(duì)于不正確的行為，要第一時(shí)間提醒，防止發(fā)生問(wèn)題。符合上述要求的零部件信息，就可以看成有效信息，對(duì)其開(kāi)展分析，如果不符合，則屬于沒(méi)有價(jià)值的信息，不對(duì)其開(kāi)展分析。②仿真分析。針對(duì)樣本檢測(cè)，在測(cè)試運(yùn)行時(shí)間以及效果的基礎(chǔ)上，對(duì)平臺(tái)功能開(kāi)展比較與評(píng)估。伴隨檢測(cè)數(shù)目的變多，對(duì)于可視化渲染時(shí)間來(lái)講，也隨之在持續(xù)延長(zhǎng)。在零部件數(shù)量不超過(guò)10時(shí)，這幾種方法運(yùn)行消耗時(shí)間，所形成的偏差相對(duì)小。在零部件數(shù)量大于40之后，相比于基礎(chǔ)代碼軟件平臺(tái)，本體驅(qū)動(dòng)平臺(tái)所消耗的時(shí)間較少，發(fā)生此情況的因素，是因?yàn)榛A(chǔ)代碼平臺(tái)所含的信息庫(kù)，已無(wú)法符合檢測(cè)需要，因此，消耗時(shí)間會(huì)逐漸增加。這一次測(cè)試中，與其余兩種方式進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)采用三維可視化平臺(tái)，所需消耗的時(shí)間較小，伴隨數(shù)目的變多，效果變得更加突出。比較分析能夠得知，文章所提出的三維可視化設(shè)計(jì)平臺(tái)，運(yùn)行時(shí)間較快，可以有效符合具體運(yùn)用需求，存在較為理想的時(shí)間以及性能優(yōu)勢(shì)。

6? 結(jié)論

搭建三維可視化設(shè)計(jì)平臺(tái)，就是為了針對(duì)機(jī)械零部件，達(dá)到高度仿真的目的，獲取最為理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。這一平臺(tái)的設(shè)置，選用了B/S架構(gòu)，設(shè)置該平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)，為了切實(shí)處理運(yùn)行時(shí)間問(wèn)題，給出了用例規(guī)格，在有效校驗(yàn)以及驗(yàn)算的基礎(chǔ)上，滿足使用者需求。同時(shí)針對(duì)實(shí)例計(jì)算，把其和硬件結(jié)構(gòu)實(shí)行充分的結(jié)合，便于后續(xù)工作者第一時(shí)間使用。綜合考慮配置規(guī)格不統(tǒng)一，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該通過(guò)全面的測(cè)試，達(dá)到無(wú)限制范圍的平臺(tái)構(gòu)建。在本文的最后，實(shí)行仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)平臺(tái)的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示其運(yùn)行時(shí)間較快，可以有效符合具體運(yùn)用需求，存在較為理想的時(shí)間以及性能優(yōu)勢(shì)。

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