SOLIDWORKS Composer 在设计院工艺仿真中的应用

陈静，叶李，曹斯明

（中机第一设计研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

目前，设计院正在从传统设计方式逐步改变，尤其对于工艺展示方面，寻求更多的途径。传统方式是采用文字、图片或者图纸向客户介绍，客户难于理解并且无法突出优点。向第三方公司提供设计模型制作工艺仿真存在设计数据外漏风险，第三方公司大多无机械行业知识储备，对机械结构等理解较差，容易出现工艺仿真内容展示错误。为了更好地展示工艺内容，本文以电机定子绕组生产线为例，介绍SOLIDWORKS Composer 软件在工艺仿真中的应用。

2 SOLIDWORKS Composer 简介

SOLIDWORKS Composer 是由达索公司出品的一款软件，它具有非常高的集成度，操作简便，非常适合非专业设计人员使用。SOLIDWORKS Composer 可无缝读取SolidWorks 数据，同时还可以采用CATIA、Pro/ENGINEER、UG 等主流设计软件的模型。SOLIDWORKS Composer 具有优秀的模型压缩处理能力，对大型装配体的处理速度非常快。SOLIDWORKS Composer可输出许多标准文件格式，包括.smg、PDF、HTML 等，允许用户将SOLIDWORKS Composer 生成的内容集成到现有产品文档中。这种快速、简单的方式，大大缩短了产品的上市周期，为用户减少了前期的投资成本【1】。

3 模型准备

3.1 三维模型的准备

目前，可通过比较主流的三维设计软件来建立三维模型，在本文中，定子绕组生产线的三维模型是通过SOLIDWORKS 2018 建立的。除了在动画细节中可以看到的零部件外，对于看不到的、隐藏在其他零件后的零部件进行简化或者删除，运动部件装配时保证在初始位置放置，建立模型整体效果如图1所示。同时，为了增加美观和更详细的电机生产车间内部情况，添加一些辅助的场景角色，如厂房、地面、货架、浸漆线、清洗线、变速器装配线、电机总装线、起重机等三维模型，对整个电机生产车间做简单建模，模型效果如图2 所示。

图1 定子绕组生产线整体模型

图2 电机生产车间模型

3.2 模型颜色、纹理、贴图等设置

大多数的设计师在进行产品三维设计时往往采用软件默认的颜色，难以使客户眼前一亮，不能获得更生动的动画。所以在利用SOLIDWORKS Composer 时，可按照产品实际外观美化模型颜色，搭配合理的颜色会让客户兴趣大增。模型颜色设定通常有2 种方法：一是在SOLIDWORKS 软件中设置好模型的颜色，保存后再导入 SOLIDWORKS Composer 中【2】；二是将模型导入 SOLIDWORKS Composer 后，在 SOLIDWORKS Composer 中设置每一个角色的背景、光源、颜色属性、纹理和贴图，本文中电机线圈和绑线的颜色就是在模型导入SOLIDWORKS Composer 里设置的，如图 3 所示。2 种颜色设置方法在应用时可根据实际情况选择，并没有太大的区别。为了使模型更自然真实，在颜色设置完成之后还可以添加光源，达到更好的渲染效果。

图3 在SOLIDWORKS Composer 中设置电机颜色

4 整理动画过程

在上一阶段完成对模型的建立并对模型进行处理，接下来使用SOLIDWORKS Composer 制作工艺动画。

4.1 根据工艺流程设定动画流程

首先是定子绕组生产线的流程：定子铁芯上线—插槽纸—自动绕线—嵌线—扩形—插相间槽纸—焊接—中间整形（自动翻转）—端部绑线—最终整形—测试、返修—下线存放，人们要确定哪些角色进行运动、运动的动作是什么，将这些动作罗列出来，并对角色链接父子关系、创建选择集，使动画制作过程更清晰、简单、明了。本文中插纸机的动作设计如图4所示。通过罗列分步的运动，避免在制作过程中出现遗漏。

图4 插纸机动作设计

4.2 合理调节动画的帧率

软件默认的帧率是1s 30 张画面，越高的帧率画面越流畅，同时对显卡以及CPU 要求也非常高，当帧率超过65Fps，主观感受不是很明显了。一般动画的时长控制在5min 以内，不会让观众感到冗繁，因此，设计师可以通过调节帧率控制每部分动画的时间长度，达到控制总时间长度的目的【3】。

4.3 摄像机关键帧

在进行动画制作时要保证模型在安全框内，这样在摄像机进行移动和旋转的时候就不会出现看不到模型的情况。摄像机的摆放位置和数量要综合所有的运动一起考虑，通过设置相机关键帧，可以实现模型的平移、旋转、缩小、放大及走查功能【4】。摄像机关键帧默认情况下是需要手动更新的。

4.4 动画制作

在机构的合理性中创建模型的动画，通过枢轴的变换、链接父子集，人们只需要根据工艺流程对模型进行平移拖放和旋转，并添加一些特效处理，如渐入、渐出、热点等，加入一些协同角色，就可以做出符合客户要求的工艺仿真动画，立式绕线机绕线的动画制作如图5 所示。SOLIDWORKS Composer 将图、文、动画完美地结合在一起，简单、实用、友好，非常适合设计院人员上手操作。

图5 立式绕线机绕线动画

4.5 动画保存

人们通常将制作好的动画保存成AVI 格式，SOLIDWORKS Composer 兼容多种解码器，根据需要选择。SOLIDWORKS Composer 还提供了.smg、PDF、HTML、可执行程序等更多的保存方式。

4.6 动画后期处理

为了向客户展示动画，人们不仅仅只需要动画流程，好的片头、字幕、音乐等能让产品达到更好的展示效果。可以通过会声会影、Adobe After Effects、Premiere、Allok Video Joiner、RealMedia Editor、iFilmEdit 等编辑软件进行剪辑、合成，通过一系列的处理，最终可得到满足客户需求的动画效果，如图 6 所示。

4.7 动画随着设计更改而更改

按照上述方法和过程，制作出模型的工艺仿真动画。当设计发生更改时，SOLIDWORKS 模型必然也要修改，SOLIDWORKS Composer 提供了更新功能，通过SOLIDWORKS Composer 几何图形——更新，就能对模型几何体进行快捷更新，实现输出动画与设计的一致性。

图6 定子绕组生产线工艺仿真动画

5 结语

利用SOLIDWORKS Composer 制作的工艺仿真动画美观、大方。通过动画的展示，使业主在短时间内快速加深对工艺的了解，同时通过使用富有穿透力的镜头、语言和特效体现特定的动画和仿真技术，给观看者带来一定的视觉享受和冲击力，丰富了工程设计内容的展示形式，获得了业主的青睐。既能使客户满意，增加投标报价时的中标率，又能减轻设计人员负担，减少纸质文件的浪费，还能保证输出动画与设计更改的一致性，减少劳动量，降低劳动强度。