三维建模软件Solidworks在科研革新中的应用

王晶

（大庆油田第六采油厂信息中心，黑龙江 大庆 163000）

三维建模软件Solidworks在科研革新中的应用

王晶

（大庆油田第六采油厂信息中心，黑龙江 大庆 163000）

2015年以前的油田公司科技革新汇报中，零件设备类革新多以照片进行展示，由于拍摄角度等问题，往往不能够将设备的细节展示清楚，而使用Solidworks制作的3D模型可以全角度旋转，清晰地展示物体的所有尺寸、细节、轮廓图、运行方法等，生成的工程图可以作为车间认可的图纸，对设备推广具有很强的辅助性，符合油田公司对于3D模型的展示要求。

Solidworks；三维建模；科技革新

1 引言

2015年，油田公司要求设备零部件类科研革新需要用3D软件制作，而Solidworks正是在这种情况下学习使用的，信息中心负责培训革新员工软件的使用方法并协助制作。今年厂内的设备类科研革新正是应用Solidworks软件制作，信息中心协助制作了《测试密封圈的改进》以及《卡箍式法兰防盗装置的研制》2个革新项目，并举行培训班1次。

2 SolidWorks功能特点

SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，专门负责机械设计的视窗产品。Solid-Works“全动感的”的用户界面减少了设计步骤，减少了多余的对话框，从而避免了界面的零乱。因为基于微软操作平台，SolidWorks的操作方法都与Windows操作方法高度结合，提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制，对于熟悉Windows操作系统的用户来说，学习Solidworks就显得更加容易上手。

2.1 草图及特征的概念

草图是SolidWorks创作的基础，简而言之，草图就是一个三维模型的二维影像，比如，圆柱体是由圆形沿圆心的垂线拉伸而成；球型体是由一个半圆形围绕直径旋转而成。软件提供了多种制作草图的工具，主要有直线、圆形、矩形、多边形、曲线等等，作为SolidWorks的制作者，唯一的任务就是找到三维模型的二维草图，然后赋予草图相应的特征。

特征是基于草图形成3D模型的方法，主要有拉伸凸台、拉伸切除；旋转凸台、旋转切除；扫描、扫描切除；倒角、拔模、边界切除、圆顶等多种方法。

图1 草图和特征工具

2.2 基准面

绘制草图的平面被称为基准面，基准面的存在方便制图人在不同的草图间建立几何关系，比如使2个草图垂直、重合、相切、平行等等。SolidWorks提供预设的前视基准面、上视基准面以及右视基准面，对应于视角方位的前视、上视、右视，3个基准面间的关系是互相垂直的，类似于笛卡尔坐标系（X,Y,Z坐标系）将坐标轴移动形成面。

除了预设的基准面之外，SolidWorks还提供了生成参考基准面的功能，参考基准面的角度、方向由制作人自己设定，极大地扩展了模型的制作空间。

图2 预设的三个基准面

2.3 配置管理

在制作模型的过程中，根据操作步骤，软件自动生成一个操作记录。称为配置管理，在配置管理里，通过对不同参数的变换和组合，可以派生出不同的零件或装配体。

如图3所示，将“切除-拉伸1”拖拽至最后一步，就形成了对2个圆柱体的同时切除。

图3 Solidworks步骤变换派生不同零件

2.4 工程图

使用SolidWorks制作的模型，整个产品设计是百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的，当修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。

SolidWorks制作的模型不仅可以用作展示，同时提供了生成完整详细工程图的工具，从三维模型中自动产生的工程图，包括视图、尺寸和标注，增强了详图操作和剖视图。生成的工程图是车间认可的图纸，可以直接使用。

3 Solidworks应用案例

信息中心今年协助制作了2个3D模型，分别为《测试密封圈的改进》和《卡箍式法兰防盗装置的研制》。

3.1 测试密封圈的改进

现有产品的不足为，在进行注水井高压测试时，由于防喷管与测试闸门之间连接的密封圈是橡胶的，强度低，当人站在高空操作平台上测试提捞仪器时，防喷管易晃动，遇有风天气平台晃动会更加严重，增加了测试的难度，而且橡胶密封圈耐用性差，易损坏。

解决思路为，普通密封胶圈材质所限强度相对较低，而钢质密封圈强度高，但密封性较差。在此基础上经过改进，利用了钢质加橡胶的组合，这样既增加了密封圈本身的强度又有良好的密封性。下面为汇报原图和3D模型对比。

图4 钢质密封圈实物与3D模型图

在工具的制作上，使用了拉伸凸台，拉伸切除，绘制圆环，以及倒角功能。由于只在一个基准面上操作，制作较为容易。

3.2 卡箍式法兰防盗装置的研制

现有产品的不足为，厂里很多采油井都安装使用电磁防蜡，其连接方式为法兰连接，拆卸方便，成为不法分子的偷盗对象，同时法兰安装位置狭小，无法安装防盗螺丝。

解决方法为，增加卡箍保护并安装防盗螺丝，从而保护法兰安全。

此模型制作过程涉及到了3个基准面，卡箍本体及轴位于前视基准面，防盗螺丝位于右视基准面，贯穿卡箍的切除则位于上视基准面，通过不同基准面上草图的拉伸、切除，形成了最终的模型，特别需要强调的是上视基准面上的立方体切除，需要介于防盗螺丝模型拉伸之前，这样不但将卡箍切除为2个部分，而且保证了螺丝的完整性。

图5 卡箍式法兰防盗装置实物与3D模型图

4 Solidworks应用前景

在油田公司要求使用3D软件进行零部件展示的大环境下，使用学习简单、操作简便的Solidworks软件是进行科技成果展示的捷径。

Solidworks强大的虚拟现实化功能，可以为科研人员在实物制作前提供完整的预览效果，从而避免因考虑不周而在实物制作中产生浪费；同时Solidworks是进行二次开发最方便的软件，制作的产品可用性、可拓展性极强。

Solidworks提供将产品导出为工程图的工具，可以直接进入车间生产，具有较高的工艺价值。

[1]生信实维有限公司．SolidWorks软件—工业设计师的利器[J]．现代制造，2003(1)：44-45．

[2]詹迪维．SolidWorks工程图教程（2008中文版）[M]．北京：机械工业出版社，2008．

[3]DSSOLIDWORKS公司．SOLIDWORKS Motion运动仿真教程[M]．北京：机械工业出版社，2016．

[4]3D淘客网工作室编著．Solidworks 2014实例精讲教程[M]．北京：机械工业出版社，2014．

TheApplication of Solidworks in Scientific Research and Innovation

Wang Jing
(Information Center of Sixth Oil Production Plant,Daqing Oilfield,Daqing 163000,Heilongjiang)

In the report of scientific and technological innovation of Daqing Oilfield before 2015,the innovation of spare parts equipment was shown in photos.Due to the shooting angle,photos cannot show the details of the equipment.The 3D model made by Solidworks can be rotated at all angles.And all dimensions,details,contour maps and running methods of objects can be shown clearly.At the same time,the generated engineering drawing can be used as the approved drawing of the workshop,which has a strong support for the promotion of equipment.Thus the 3D model can meet the requirements of Daqing Oilfield for display.

Solidworks;3D modeling;science and technology innovation

TP391.72

A

1008-6609(2017)07-0074-02

王晶（1988-），女，河南洛阳人，本科，助理工程师，研究方向为软件开发与应用。