[发明专利]一种基于船舶柴油机的虚拟装配系统

说明书

技术领域

本发明属于船舶主推进装置的教学领域，涉及一种在脱离实验室的情况下可以让学生进行拆卸、安装训练以及对柴油机各部件工作流程的演示的系统，具体涉及一种基于船舶柴油机的虚拟装配系统。

背景技术

船舶运输业是关系民生的国家重要战略性产业，船舶动力装置是船舶最核心的部分，其性能极大程度地影响了整个船舶的机动性能、安全性能，而船舶柴油机是当前船舶使用最为普遍的动力装置，常用柴油机的拆卸、检测、安装是轮机工程技术人员必须掌握的技能，也是大中专论及相关专业的核心课程。但是由于船舶柴油机体积大、零件多、造价昂贵、拆卸与安装工艺复杂，加之轮机专业学生人数较多。为了保证学员能满足课程要求，教师不仅需要对学员进行分组练习，还得针对船舶柴油机结构组成理论知识不足的学生进行反复演练。且柴油机在拆开后很难恢复精度，甚至会损坏零部件，教学成本太高，同时也存在安全隐患。

随着计算机技术的发展，计算机模拟仿真逐渐广泛应用于当今的航海领域，而虚拟装配技术作为计算机模拟仿真学科中应用于大型器械中的佼楚，被引进作为轮机学科的一项重要实践课程-船舶柴油机拆装课程中，在科研和教学方面都有着重要的作用。

近几年，国家对船舶运输业越来越重视，投入的力度也越来越大，随之而来的是轮机工程技术人才的紧缺，而这部分课程中最复杂的就是船舶柴油机的构造和拆、装过程。传统的船舶柴油机装配、维修课程的培训一直是理论教学与实践训练相结合。船舶柴油机造型巨大、结构复杂，拆装过程中除了要用到一些小型的套筒工具、梅花工具等，还需要用到起吊设备这样的大型工具，这使得实践教学的过程中隐藏着各种安全隐患，出于对学生人身安全的考虑，指导教师在带领实践课程时不得不采取各种防护措施以确保学生的安全，而且由于实践课程的特殊性，实训室只有在老师的带领下才会对外开放，这使得老师的授课受到很大的限制。加之实训室场地和培训时间的局限，装配器材老化、安全性低、人多设备少以及教辅人员匮乏、教学质量参查不齐等缺点，现阶段的船舶柴油机实践教学迫切需要研究一种新型的教学方式来解决上述问题。

传统的教学教师再带领学生进行现场教学，由教师将实船上用的普通柴油机拆卸、分解成各组零部件进行讲解，再重新进行安装，重复演示操作多次，最后才能够让学生进行拆卸、安装训练，存在较大安全隐患。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于基于船舶柴油机的虚拟装配系统，可以使使用者不需要进入实验室去手动操作各部件就可以了解柴油机的结构，各部件的工作流程，而且虚拟装配技术具有高度的灵活性，将其应用到船舶主推进装置教学领域，可以大幅度的减少培训费用，提升教学和培训效果。该虚拟装配系统通过3dsMax建模软件建立需要拆装的柴油机具体模型，将建立好的模型导入Unity3D中，制作出一个针对整套柴油机部件的拆装系统，用于船舶柴油机拆装培训教学中。

本发明的另一目的在于解决对拆装、维修培训课程的场地、器材、教师等教学资源的过度依赖问题，使学员能够在任意时间、任意地点进行装配模拟训练和自我检测，本发明将虚拟拆装技术融入到船舶柴油机装配训练的课程教学中，以船舶柴油机拆装训练实验室中R6250Z型柴油机为模型，通过3dsMax软件建立船舶柴油机的三维模型及拆装动画，Unity3D软件搭建虚拟装配系统的平台，使使用者既能了解掌握船舶柴油机的组成结构、拆装步骤和方法，同时还可以动手进行虚拟拆装的操作练习，让学生对船舶柴油机结构、拆装过程有一个全面的认识，为后续的现场实际操作减少损失、保障操作安全奠定基础，也极大地激发了学生的学习兴趣和求知欲，增强教学与实际相匹配的同时降低教学成本

因此本发明船舶柴油机虚拟装配系统的设计思路是：利用3dsMax软件制作还原三维模型，并根据实际装配操作中用到的工具以及拆装顺序模拟出拆装动画，通过Unity3D搭建的虚拟装配平台实现人机交互。根据实体测量记录的数据及柴油机结构说明书，充分剖析柴油机结构、工作原理、装配关系和工艺标准以及要用到的工具，充分利用已有的技术资料，对不完整的技术资料作具体问题具体分析，给出合理的结构和技术数据，为零部件的实体造型和装配仿真提供依据。根据柴油机的平面设计图以及实体测量到的数据，使用三维建模软件3dsMax对柴油机机体各零部件进行三维实体建模，并精细到每一个小螺丝的创建。对设置完成的三维模型进行灯光、材质的渲染处理。根据柴油机各零部件的装配关系进行装配路径规划，动画生成以及零部件的动态三维显示。在Unity3D中导入模型数据，并创建二维界面，实现人机交互。

本发明实现上述目的技术方案是：