煤矿机械虚拟拆装公共服务平台设计

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摘要：

为了整合利用网络煤机资源，共享虚拟拆装资源，设计集成了煤矿机械装备虚拟拆装公共服务平台。介绍了平台的体系结构、功能结构、虚拟拆装现实资源库创建过程和关键技术。以平台中虚拟拆装模块刮板输送机中部槽、知识资源模块掘进机为例进行分析，为校企用户快速全面地了解煤机结构、运行状态，研发新品提供了可靠的平台技术支持。

关键词：

资源集成；虚拟现实；公共服务平台

0引言

本文结合山西省煤机制造业所面临的问题，考虑中小企业资源不足、创新能力较弱的现状，搭建了煤矿机械装备虚拟拆装公共服务创新平台。解决“资源孤岛”，满足煤矿机械装备设计与制造单位、用户单位对煤矿机械装备的科研、设计制造、设备运行、功能知识查询、结构查询、拆装训练、远程培训、动作展示等需求，为煤矿机械装备企业和用户单位提高产品质量和使用效率，提升企业竞争能力与技术创新能力提供有力支撑。

1平台总体设计

1.1总体框架设计

根据区域性行业需要，满足山西省中小型企业对煤机资源需求，平台总体框架分为3个部分：服务模式与方法、集成技术与方案、运行管理模式与机制。总体框架图如图1所示。

1.2功能结构设计

平台功能结构图如图2所示。平台包含3个子系统：虚拟拆装与仿真子系统、数字模型资源子系统、知识资源子系统。以虚拟拆装与仿真子系统为主，其他2个子系统为辅，内容涵盖煤矿采掘设备、运输设备、提升设备，矿山水气等所有矿用设备的虚拟现实资源、功能动画资源、模型资源、图纸资源、文献资源、文档资源、PPT讲义资源等。并且每个母分类都有多个子分类以及细化子类供用户选择。以煤矿采掘设备为例，其子类包括滚筒采煤机、掘进机、液压支架等。细化子类以滚筒采煤机为例包括破碎部、截割部、牵引部、机架等。用户可以根据自己需求搜索相应的煤机设备资源来线上完成虚拟拆装，以及学习。同时企业用户也可以下载上传相应资源。

2关键技术

在平台的建设中，需要解决的问题有虚拟现实资源库的创建、平台后台数据库的设计、平台界面的设计。建立平台时的软件系统以及关键技术如图3所示。

2.1虚拟现实资源库的创建

应用UG、PRO/E等三维建模软件对煤矿采掘设备、运输设备、提升设备，矿山水气等所有矿用设备进行精确建模，并按一定的方法、规律进行归类并导出stl格式。将CAD软件导出的中间格式文件导入3DMax中，然后应用3DMax的功能对模型进行处理，赋予金属光泽材质，规划拆装线路，然后以50帧为基数逐个添加每一个模型的正确拆装位置并记录关键点坐标，然后分别制作模型拆装动画，将制作好的动画以FBX文件格式导出，导出时需要设置参数，将摄影机和灯光取消勾选。将从3DMax软件中导出的.FBX文件导入到Untiy3D中，首先将导入文件由Generic格式改为Legacy格式，以确保文件能够在Untity3D中进行编辑。在scene界面调整camera位置以及模型状态至最佳，然后制作场景并分别在Web端以及PC端，并按数据库中存储的名字对文件进行命名，从而使文件能够被网页端调用。

2.2后台数据库创建

平台采用SQLServer2008作为本系统的后台数据库软件，设计虚拟拆装模块表、用户登陆和管理员表、文档信息模块表3个表，虚拟拆装以及文档类信息模块如表1所示。以刮板输送机为例，其模块编号含义如表2所示。编号1~编号3为从属关系，级别递减，编号1中，数值1代表采煤机，数值2代表掘进机，数值3代表刮板输送机，数值4代表提升机，数值5代表场景。编号2中的数值分别代表编号1中数值所代表机械的各个子部分，编号3中数值分别代表编号2中数值代表子部分的子部分。编号4中数值为000时代表此数据为虚拟拆装模块表中数据，数值为001~999时代表此数据为文档类模块表中文档类数据。

3平台界面设计与实例分析

打开首页，在首页左下角有2个用户帮助:客户端配置与用户注册须知，仔细阅读后进行用户注册。正确配置网页信息以后登录，可以浏览平台的各种资源。点击虚拟拆装子系统进入二级页面，点选刮板输送机-中部槽-虚拟拆分，即可直接观看拆分视频。返回主页以后，点击煤矿机械装备资源子系统进入二级页面，点击掘进机模块即可进去掘进机文档类资源列表，其中包含掘进机的三维模型、视频、PPT、文献等资源，用户可以根据自己需求下载。

4结语

（1）运用虚拟现实技术，提高传统煤机装备设计效率，实现设计资源网络共享，在现代化煤机设计中有广阔的应用前景。（2）运用Unity3D软件导出的虚拟现实资源，不用编写控件就可以在网页端实现，省去了编写控件时间，同时避免了控件安装以及运行过程中的错误而导致的虚拟现实资源于网页端实现出错的问题。（3）利用虚拟拆装模块可以准确、清晰地展现产品装配过程，产品零部件安放位置、次序，对了解产品结构、降低产品装配周期、辅助产品研发具有重要的现实意义。（4）煤矿机械装备虚拟拆装公共服务平台操作简单、界面友好、资源信息量大且全面，对中小型煤炭企业的设计研发、员工技术培训以及学校的实验教学有重要作用。

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作者:孙晓存 王学文 李娟莉 谢嘉成 杨兆建 太原理工大学机械工程学院 煤矿综采装备山西省重点实验室单位: