计算机仿真技术在矿业中的应用

计算机仿真技术在矿业中的应用 真 , 并在此基础上阐述了计算机仿真技术在矿业中的应用前景及意义 。 关键词 : 计算机仿真 ; A uto CAD ; 3DS MA X ; 三维动画 () 中图分类号 : TD 3911 9 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 8550 200504 - 0057 - 03 下分别对各组成设备进行建模设计 : 0 引言 ———摇床床面的建模设 计 。移动 uc s 坐标到界面中间 计算机仿真技术是以多学科和理论为基础 , 使用计算 合适位置 , 输入 L i ne 命令 、相应坐标数字以建立一个梯形 图形 , 然后输入 Pedit 命令 , 将以上所有 线 段 转 化 成 多 线 机及其相应的软件 , 通过虚拟试验的方法分析和解决问题 段并连接成一个整体 , 以方便执行下一步的 Ext r ude 命令 。 的一门综合性技术 。计算机仿真大致经历了模拟机 、模拟 ———点击菜单栏中 的 “视 图” ———“三 维 视 图” ———- 数字混合机和数字机仿真 3 个阶段 。该技术已经在机械 “西南等轴测”命令 , 切换视点并将上一步所画图形调整至 制造 、航空航天 、交通运输 、船舶工程 、经 济管理 、工程 合适观察角度 。点击菜单栏中的 “修改” ———“三维操作” 建设 、军事模拟以 及医疗卫生 等 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 - ———“三维旋转”命令 , 将第一步所画梯形绕 X 轴顺时在矿业领域中由于新技术 、新设备的不断引入 , 刺激了生 针旋转 90。?产力的发展 , 增 加 了 矿 业 对 于 安 全 高 效 、自 动 化 的 需 求 , ———在 A uto CAD2000 的命令行中输入 Ext r ude 命令并 而该技术正是使这一需求得以满足的有效手段 。 按 Enter 键 , 然后 再 选 择 第 二 步 所 生 成 的 图 形 并 按 Enter 目前 , 在计算机仿真领域内有许多实现仿真的方法及 键 , 输入拉伸高度值及倾斜角度并 按 Enter 键 , 接着在所技术 , 本文 所 运 用 的 是 将 A uto CAD2000 和 3DS MA X51 0 建立的图形上输入相关命令及参数构造出纵向床条 , 这样 相结合 , 以实现摇床选矿过程的三维动态仿真 , 运用其方 ( ) 就建成了摇床 床 面 的 基 本 立 体 模 型 见 图 1 , 再 经 3DS 法实现摇床选矿过程的三维动态仿真 , 有其它软件无法比 MA X 简单渲染即可 。拟的优势 , 它形象逼真 , 能将摇床选矿过程中各组成部件 的运动状况及工作原理直观地展现在人们面前 , 提供仿真 的设备及部件之间的连接和装备 , 能够全方位地观察各部 件之间的装备及运作关系 , 能清晰地观察各组成部件的运 动状况和工作原理 。这些优点在教学实验模拟 、实际工程 设计及施工管理 、实验仿真中都能得到良好的体现 。 A uto CAD 和 3D S M A X 的结合 1 1 摇床床面 图 A uto CAD 具有精确的三维建模能力 , 可处理大量相对 信息的复杂结构 , 但其建模环境及方法不如 3DS MA X 方 ———采用同样 的 方 法 , 对 摇 床 传 动 机 构 中 主 要 部 件 , 便 , 亦没有其丰 富 的 建 模 工 具 , 最 关 键 的 是 它 不 具 备 像 如电动机 、胶带轮 、偏心轴 、机罩等建模 。3DS MA X 所具有的 图 形 渲 染 和 动 画 制 作 能 力 。虽 然 3DS ———在完成了上述几个设备及部件的三维建模后 , 还 MA X 的三维功能很强 , 但其在建模方面不如 A uto CAD 精 需对摇床的其它部件 ———机座 、给矿槽 、冲水槽等进行基 确 , 它在复杂而不强求精度的图形建模上别具一格 , 但对 本建 模 , 完 成 后 可 先 将 相 互 之 间 无 位 移 的 零 件 直 接 在于高分辨率图形则不能实现要求的精度 。两者都有一个共 A uto CAD 中放置到正确位置上 , 装配成一个整体部件并定 同的有利特点 : 坐标系统兼容 , 即能相互结合弥补各自建 义成一个 “块”, 为输出到 3DS MA X 作好准备 。而与其它 模过程中的一些缺陷 , 并实现所建模型的三维动态模拟 。 部件或零件有相对位移的零件则在建模后独立放置 , 等输 入到 3DS MA X 后再定位装配 。2 摇床设备及部件模型的建模 摇床主要由床面 、机架和传动机构三大部分组成 , 以 3 摇床整体模型建模的完成 在完成了摇床各主要设备及部件的基本建模后 , 将这 些模型输入到 3DS MA X 中进行装配以完成摇床整体模型 。 收稿日期 : 2005 - 03 - 03 ; 修回日期 : 2005 - 03 - 08 转换 A uto CAD 零部件到 3DS 的方法主要有 : 3D S TUD IO ( ) ( ) 作者简介 : 王 琨 1976 - , 男 汉族, 安徽枞阳人 , 江西理工 大学环境与建筑学院 , 硕士研究生 。 的 D XF 输入 和 A uto CAD 的 3DS 输 出 。可 使 用 A uto CAD ( 的 D XFO U T 命令将图形信息写到 D XF 文件中 , 如果输出 如 图 用到重力 空 间 扭 曲 来 改 变 水 流 及 矿 浆 的 流 动 方 向 的是 “块”, 在 D XFO U T 的提示中选择 Bi na r y , 这样书写 ) 4a : 以前视图形式反映, 利用物体的移动 、缩放及链接等速度快 , 而且节 省 磁 盘 空 间 。若 无 须 输 出 “块 ”, 则 选 择 ( 以顶 基本操作使流体与摇床床面的运动相协调 如图 4b : Entitie s 和 Bina r y , 这样只输出所需实体 , 并可确定实体的 ) 视图形式反映。 输出顺序 。 在 A uto CAD 中用 3DSO U T 也可向 3DS TUD IO 输入实 体 。3DSO U T 主要输出用 3D Solid 建模的零部件 。当模型 不需要进行圆弧分段及加端面时 , 可直接使用 3DSO U T 命 令 。下面 是 将 在 A uto CAD2000 中 建 立 的 摇 床 传 动 机 构 、 摇床机架及摇床其它部件的三维基本模型输入到 3DS MA X 中并装配成 摇 床 整 体 模 型 , 再 经 3DS MA X 一 般 渲 染 后 , () 得到摇床整体效果图 见图 2。 ()流体动画设置图 前视图 图 4a 图 2 摇床整体渲染图 4 摇床选矿过程的动画设置 ()流体动画设置图 顶视图 图 4b 41 1 往复运动动画设置 在 3DS MA X 操 作 界 面 中 将 摇 床 床 面 处 于 选 定 状 态 ,41 3 矿粒分选运动动画设置 ) (按下 A U TO KE Y 自动按扭进入动画设置状态 , 点击菜 为便于观看摇床选矿过程中的矿粒分选运动情况 , 更 () 单中的 Grap h Edito r s 图形编辑器菜单选择 Track View 好地掌握摇床选矿中矿粒分选的特点 , 可构造小部分矿粒 () - Curve Edito r 轨迹视图 - 曲线编辑器选项进入轨迹视群经放大后再设置动画 。首先在 3DS MA X 操作界面中选 ( ) 图设置窗口 如图 3, 将摇床床面设置为纵向往复运 动 ,中放大后的矿粒群 , 单击菜单栏中的 Grap h Edito r s 菜单选 同时输入床面运动的相关参数如帧数 、对应帧数的位移值 择 Track View - Curve Edito r 进入 矿粒运动轨迹的设置界 等 , 然后调整摇床床面的运动节奏力度 , 使摇床床面运动 面 , 接着结合矿粒在摇床床面上的运动特点对矿粒的运动 更趋于形象 , 此时摇床床面往复运动动画设置基本完成 。( ) 轨迹及结果进行动画设置 , 见图 5a 、5b, 这样摇床选矿 过程的动画设置已基本完成 。 41 4 摇床选矿过程动画的输出 在完成摇床选矿过程动画的设置后 , 需将动画渲染成 1 avi 格式的文 件以便观看动画 , 将动画渲染成 1 avi 文 件 , ) ) ( 可分为 : 1用 Rendering 渲 染菜 单 中 的 Rendering 命 ) ( 令把渲染参数面板弹出来 ; 2 用面板中的 File s 文件 ) ) ( 名命令弹出 save file a s 保存文件为面板 , 给渲染后 的动画文件起一个名字以保存渲染后的动画文件 , 文件格 ) ) ( 式选 3 1 avi 形式 ; 3在 Ti me O utp ut 时间输出栏中选 择渲染方式 , 设 置 Ever y Nt h Frame : 11 每渲染一次只渲 染一帧 。最后按下 面板下面的 Rendering 命 令 , 经 一 段 时 图 3 摇床床面动画设置图 间后 , 一幅清晰 、逼真的摇床选矿三维动画图形就完成了 。 () 可以用各种媒体播放软件来播放动画文件 见图 6。 41 2 矿浆及水流体运动动画设置 ) ( 流体运动的实现用 Particle Systems 粒子系统面板 5 计算机仿真技术的应用 ) (中的 Sp ray 飞沫粒子发射器制作 , 可修改其粒子数量 、 大小 、颜色 、流体速度等 参数值 。另外 , 在制作过程中要51 1 在矿山选矿工艺研究中的应用 计算机仿真能构建出非常 “真实”的模拟环境 矿工 , 们可以在模拟的常规作业环境中找出适合自己的工作方法 图 5a 矿粒轨迹设置图 并可不断地提高工作技能 。由于 “虚拟环境”与矿工的实 时交互 , 矿工们可迅速掌握那些一度在书面资料中无法理 解的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 , 这比在装备良好的实时工作场地中培训更加节 约成本 , 能够取得显著的效益 。 51 3 在矿山管理中的应用 计算机仿真在矿山 管 理 的 应 用 主 要 着 眼 于 生 成 调 度 、 流程改进 、安全环保 、设备管理等方面 。实现上述几方面 的功能主要利用计算机仿真的实时监控 、动态生成场景的 能力 , 它所需要的数据可由相应的数据库提供并由矿山局 域网实时传送 。计算机仿真生成的场景可在总控室里演播 , 管理者可实时对当前的生产进度 、矿山规划 、流程工艺等 进行评估决策 。 51 4 在矿山工程设计中的应用 ()顶视图 5 b 矿粒分选动画设置图 图 仿真技术的应用发展 , 解决了矿山工程建模及模拟场 景的关键技术问题 , 必将使矿山生产模拟系统 、矿井动态 模型 、露天矿采 场 现 状 模 型 、矿 床 地 质 模 型 等 更 加 直 观 、 准确 , 具有更好的可视性和形象性 。 参考文献 : [ 1 ] 郭万军 , 李 辉 , 任敬虎编著 1 3DS MA X51 0 精彩实例详解 [ M ] 1 北京 : 机械工业出版社 , 20031[ 2 ] 孙江宏主编 1 A uto CAD2000 典型机械应用 [ M ] 1 北京 : 机 械工业出版社 , 20001[ 3 ] ( ) 周恩浦主编 1 矿山机械 选矿机械部分[ M ] 1 北京 : 冶 金工业出版社 , 19921[ 4 ] Dave e spi no sa - aguila r , Eric Pet er so n , et al1 3D S TUD IO ) ( MA X 技术精粹 [ M ] 第 2 卷. 北 京 : 清华 大学出 版社 1998 . Ha r ri so n A , Belt co nveyo r re sea rch 1980 - 2000 [ J ] . Bul k [ 5 ] ( ) Solids Ha ndli ng , 2001 2: 159,164 . [ 6 ] 吴重光 1 仿真技术 1 化工工业出版社 , 20001 51图 6 摇床整体动态模拟播放 Appl icat ion of computer emulat ion techn ique in min ing industry WA NG Kun , ZHO U Yuan ()J iangxi Engineeri ng & Technolo gy U niver sit y , Ga nzho u 341000 , Chi na Abstract : Thro ugh co mbinatio n of A uto CAD2000 wit h 3DS MA X 51 0 by co mp uter , a 32dimensio nal dyna mic emulatio n of beneficiatio n op eratio n of table cla ssifier ca n be o btained. O n t hi s ba si s , t he impo rta nce a nd applicatio n f ut ure of co mp uter emulatio n technique in mining indust r y a re explained. Key words : co mp uter emulatio n technique ; A uto CAD ; 3DS MA X ; 32dimensio nal dyna mic pict ure