煤礦機械虛擬拆裝公共服務平臺設計

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摘要：

為了整合利用網絡煤機資源，共享虛擬拆裝資源，設計集成了煤礦機械裝備虛擬拆裝公共服務平臺。介紹了平臺的體系結構、功能結構、虛擬拆裝現實資源庫創建過程和關鍵技術。以平臺中虛擬拆裝模塊刮板輸送機中部槽、知識資源模塊掘進機為例進行分析，為校企用戶快速全面地了解煤機結構、運行狀態，研發新品提供了可靠的平臺技術支持。

關鍵詞：

資源集成；虛擬現實；公共服務平臺

0引言

本文結合山西省煤機制造業所面臨的問題，考慮中小企業資源不足、創新能力較弱的現狀，搭建了煤礦機械裝備虛擬拆裝公共服務創新平臺。解決“資源孤島”，滿足煤礦機械裝備設計與制造單位、用戶單位對煤礦機械裝備的科研、設計制造、設備運行、功能知識查詢、結構查詢、拆裝訓練、遠程培訓、動作展示等需求，為煤礦機械裝備企業和用戶單位提高產品質量和使用效率，提升企業競爭能力與技術創新能力提供有力支撐。

1平臺總體設計

1.1總體框架設計

根據區域性行業需要，滿足山西省中小型企業對煤機資源需求，平臺總體框架分為3個部分：服務模式與方法、集成技術與方案、運行管理模式與機制。總體框架圖如圖1所示。

1.2功能結構設計

平臺功能結構圖如圖2所示。平臺包含3個子系統：虛擬拆裝與仿真子系統、數字模型資源子系統、知識資源子系統。以虛擬拆裝與仿真子系統為主，其他2個子系統為輔，內容涵蓋煤礦采掘設備、運輸設備、提升設備，礦山水氣等所有礦用設備的虛擬現實資源、功能動畫資源、模型資源、圖紙資源、文獻資源、文檔資源、PPT講義資源等。并且每個母分類都有多個子分類以及細化子類供用戶選擇。以煤礦采掘設備為例，其子類包括滾筒采煤機、掘進機、液壓支架等。細化子類以滾筒采煤機為例包括破碎部、截割部、牽引部、機架等。用戶可以根據自己需求搜索相應的煤機設備資源來線上完成虛擬拆裝，以及學習。同時企業用戶也可以下載上傳相應資源。

2關鍵技術

在平臺的建設中，需要解決的問題有虛擬現實資源庫的創建、平臺后臺數據庫的設計、平臺界面的設計。建立平臺時的軟件系統以及關鍵技術如圖3所示。

2.1虛擬現實資源庫的創建

應用UG、PRO/E等三維建模軟件對煤礦采掘設備、運輸設備、提升設備，礦山水氣等所有礦用設備進行精確建模，并按一定的方法、規律進行歸類并導出stl格式。將CAD軟件導出的中間格式文件導入3DMax中，然后應用3DMax的功能對模型進行處理，賦予金屬光澤材質，規劃拆裝線路，然后以50幀為基數逐個添加每一個模型的正確拆裝位置并記錄關鍵點坐標，然后分別制作模型拆裝動畫，將制作好的動畫以FBX文件格式導出，導出時需要設置參數，將攝影機和燈光取消勾選。將從3DMax軟件中導出的.FBX文件導入到Untiy3D中，首先將導入文件由Generic格式改為Legacy格式，以確保文件能夠在Untity3D中進行編輯。在scene界面調整camera位置以及模型狀態至最佳，然后制作場景并分別在Web端以及PC端，并按數據庫中存儲的名字對文件進行命名，從而使文件能夠被網頁端調用。

2.2后臺數據庫創建

平臺采用SQLServer2008作為本系統的后臺數據庫軟件，設計虛擬拆裝模塊表、用戶登陸和管理員表、文檔信息模塊表3個表，虛擬拆裝以及文檔類信息模塊如表1所示。以刮板輸送機為例，其模塊編號含義如表2所示。編號1~編號3為從屬關系，級別遞減，編號1中，數值1代表采煤機，數值2代表掘進機，數值3代表刮板輸送機，數值4代表提升機，數值5代表場景。編號2中的數值分別代表編號1中數值所代表機械的各個子部分，編號3中數值分別代表編號2中數值代表子部分的子部分。編號4中數值為000時代表此數據為虛擬拆裝模塊表中數據，數值為001~999時代表此數據為文檔類模塊表中文檔類數據。

3平臺界面設計與實例分析

打開首頁，在首頁左下角有2個用戶幫助:客戶端配置與用戶注冊須知，仔細閱讀后進行用戶注冊。正確配置網頁信息以后登錄，可以瀏覽平臺的各種資源。點擊虛擬拆裝子系統進入二級頁面，點選刮板輸送機-中部槽-虛擬拆分，即可直接觀看拆分視頻。返回主頁以后，點擊煤礦機械裝備資源子系統進入二級頁面，點擊掘進機模塊即可進去掘進機文檔類資源列表，其中包含掘進機的三維模型、視頻、PPT、文獻等資源，用戶可以根據自己需求下載。

4結語

（1）運用虛擬現實技術，提高傳統煤機裝備設計效率，實現設計資源網絡共享，在現代化煤機設計中有廣闊的應用前景。（2）運用Unity3D軟件導出的虛擬現實資源，不用編寫控件就可以在網頁端實現，省去了編寫控件時間，同時避免了控件安裝以及運行過程中的錯誤而導致的虛擬現實資源于網頁端實現出錯的問題。（3）利用虛擬拆裝模塊可以準確、清晰地展現產品裝配過程，產品零部件安放位置、次序，對了解產品結構、降低產品裝配周期、輔助產品研發具有重要的現實意義。（4）煤礦機械裝備虛擬拆裝公共服務平臺操作簡單、界面友好、資源信息量大且全面，對中小型煤炭企業的設計研發、員工技術培訓以及學校的實驗教學有重要作用。

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作者:孫曉存 王學文 李娟莉 謝嘉成 楊兆建 太原理工大學機械工程學院 煤礦綜采裝備山西省重點實驗室單位: