摘 要

船用油水分离器是处理船舶机舱舱底油污水的装置，舱底水处理后必须达到IMO MEPC.107(49)决议的要求。目前船舶上使用最广泛的是ZYFM真空式油水分离器。

随着信息技术的发展，船舶的智能化和自动化程度不断提高。新兴的IT技术也被用于船舶系统设计、船舶制造、船舶运维等方面。特别是虚拟现实技术在船员培训领域的应用，使得船员在实际航行中的操作能力得到提升，一定程度上减少了操作失误和船舶损失。

本文以实验室中ZYFM-0.25型油水分离器为研究对象，在详细了解ZYFM-0.25型油水分离器的构建组成、工作原理和实物尺寸后，运用3ds Max三维建模软件建立油水分离器系统的三维模型，并进行渲染优化和虚拟动画制作。主要完成了以下工作：

1、确定船舶油水分离器建模中所需要测量的参数。

2、以实验室内的ZYFM-0.25型油水分离器为研究对象，通过3ds Max这款软件对油水分离器其外形和可操作的阀件、按钮、指示灯、旋钮等建立独立的三维模型。

3、制作动画演示油水分离器的启动、运行过程。

关键词：油水分离器、虚拟仿真、3ds Max、三维模型

Abstract

The marine oil-water separator is a device for treating the bilge water in the nacelle of the ship. After the bilge water treatment, it must meet the requirements of resolution IMO MEPC.107(49). The most widely used on ships today is the ZYFM vacuum oil-water separator.

With the development of information technology, the degree of intelligence and automation of ships has continued to increase. Emerging IT technologies have also been used in ship system design, shipbuilding, and ship operation and maintenance. In particular, the application of virtual reality technology in the field of crew training has enabled the crew to improve their operational capabilities during actual voyages, which has reduced operational errors and ship losses to some extent.

This article takes the ZYFM-0.25 oil-water separator in the laboratory as the research object. After detailed understanding of the construction composition, working principle, and physical dimensions of the ZYFM-0.25 oil-water separator, the 3ds Max 3D modeling software is used to establish the oil-water separator system. 3D models and rendering optimization and virtual animation. Mainly completed the following work:

1. Determine the parameters to be measured in the modeling of the ship's water separator.

2. Taking the ZYFM-0.25 oil-water separator in the laboratory as the research object, the 3dsMax software establishes an independent 3D model for the shape of the oil-water separator and the operable valve parts, buttons, indicator lights, knobs, etc.

3. Make animations to demonstrate the start-up and operation of the oil-water separator.

Keywords: oil-water separator, virtual simulation, 3ds Max, 3D model

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景及研究意义 1

1.2 虚拟仿真在交通领域的国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 课题的主要研究内容与技术手段 2

1.4 本章小结 3

第二章 油水分离器概述 4

2.1 油水分离器概述 4

2.2 油水分离器基本工作原理 4

2.3 油水分离器的主要配套件 5

2.3.1 控制箱 5

2.3.2 螺杆泵结构及工作原理 6

2.3.3 三通阀的结构及工作原理 6

2.3.4 二级分离器组 6

2.4 本章小结 7

第三章 三维建模软件及实践 8

3.1 3DS MAX建模软件 8

3.1.1 3DS MAX软件简介 8

3.1.2 3DS MAX软件界面简介 8

3.1.3 3DS MAX软件特点及优势 10

3.2 油水分离器三维模型的创建方案 10

3.3 本章小结 11

第四章 油水分离器三维实体建模 12

4.1 主体部分建模 12

4.1.1 基座的建模 12

4.1.2 螺栓、螺帽的建模 12

4.1.3 过滤器 13

4.1.4 一、二级分离器的建模 14

4.2 泵、阀件、管道建模 15

4.2.1 单螺杆泵和电机 15

4.2.2 控制阀件 16

4.2.3 管道及其连接件 19

4.3 控制、监控、报警系统建模 20

4.3.1 控制箱、报警箱 20

4.3.2 仪表 21

4.3.3 气体控制 24

4.4 模型的完善 26

4.4.1 材质与贴图 26

4.4.2 模型的优化 26

4.5 模型的展示 27

4.6 本章小结 30

第五章 总结与展望 31

5.1 总结 31

5.2 虚拟现实技术的展望 31

致 谢 32

参考文献 33

第1章 绪论

1.1 研究的背景及研究意义

近年来海上运输业中船舶的发展越来越智能化、设备更加显示出其专业化以及大型化，这种发展趋势体现出海上运输业在现代社会中的重要性。计算机技术的发展为船舶的智能化提供了技术基础，虚拟现实技术在船舶系统设计、船员的培训工作以及科研方面得到广泛具体的应用。世界各地的科学研究机构通过轮机、航海模拟器来对船员进行专业、针对性的培训，在各个方面提升船员的各项技能，使其可以熟练的掌握熟记船上的系统结构，这些培训让船员在实际航行中的操作能力得到提升，尽可能的减少操作失误和船舶损失。同时，虚拟现实技术对于高性能新型船舶的研发的意义非凡。

本设计提出了利用虚拟仿真技术，实现船舶油水分离器的虚拟仿真模型。该模型能对油水分离器各个部件进行展示及其组装过程，而且能对油水分离器进行虚拟操作。对油水分离器进行虚拟建模对教学具有重要意义的，首先可以通过电脑的虚拟演示让学生充分了解油水分离器的各个部件及其装配过程。其次，在终端上可以对油水分离器进行虚拟操作和演示油水分离器的操作过程，是船员培训及教学工作的极大进步。最后建立油水分离器的虚拟仿真模型在设备升级换代时对虚拟模型进行修改，极大的降低了教学中设备更换成本及场地要求。

1.2 虚拟仿真在交通领域的国内外研究现状

随着虚拟现实技术理论研究更加成熟，其应用范围也越来越广泛，对生活中的各个方面都会有一定的影响，人们也更加关注这项技术的发展。在这些运用中最具代表性的是在制造企业中运用的虚拟装配技术，虚拟现实技术的成熟在汽车制造企业运用的作用越来越无法替代，目前，虚拟装配技术在船舶、汽车、飞机等大型制造业的制造过程中的到了广泛的应用。

1.2.1 国外研究现状

三维软件的使用呈现出比较均衡的局面，它们主要是依据设计者对最终需要达到的效果而决定，而且就目前来说，主要的三维建模软件还是以一些国际大公司的产品为主。这些公司无论是公司的规模还是知名度都是遥遥领先的。主要是它们都有稳定的客户群，而且客户的忠诚度也比较高，它们的客户可分为高、中和低三个主要层次。高端用户主要使用三维建模软件完成影视人物特技特效以及一些比较超前的技术。

德国宝马公司建立了Virtual Process Week系统，并应用虚拟现实技术来评估汽车装配过程的合理性。波音使用虚拟现实技术来建立高度模拟的原型模型，部门人员可以随时在虚拟飞机场景中漫游，并可根据需要选择修改，替换或优化设计，波音777飞机的虚拟样机在图纸的设计和制造方面取得了显着的成就。美国华盛顿州立大学（WSU）和美国国家标准与技术研究院（NIST）联合开发了虚拟装配设计环境（VADE）。其功能主要应用于虚拟环境中，以验证实际装配的可行性分析，目前系统已成功通过工业测试；由美国威斯康星大学I-Carve实验室开发的“虚拟拆卸”软件工具，用于维护拆卸;日本科学家开发了机械装配验证和机器可视化系。

1.2.2 国内研究现状

国内主要将3ds max用于广告设计，动画及建筑设计方向，在工业领域尤其是在虚拟拆装方向上较国外相对落后，但是大连海事大学在虚拟拆装领域处在较为领先的地位上，其主要成果有船舶主电力系统的虚拟分析与设计。仿真技术科学一直是当下热门的研究方向,随着虚拟现实技术进入了大众的视野，将虚拟现实结合仿真技术的应用也越来越多。其中轮机模拟器就是利用了仿真技术和虚拟现实技术结合运用到航海领域的典型例子。许多国内重点院校和研究所也积极投入到这方面的开发和研究中，其中武汉理工大学系统仿真与控制中心就是其中的佼佼者，该中心在轮机系统建模仿真、虚拟现实技术研究及控制技术方面均有不俗的建树，为多个企业和研究所研究开发了多种实用型的仿真系统和利用实船数据搭建模拟机舱资源环境系统。其中的“船舶机舱漫游系统”根据“新青岛号”大型集装箱远洋船的实际数据进行了建模，创建了高度仿真的机舱三维虚拟环境，实现了虚拟现实漫游可以通过相关设备对机舱环境和相关设备进行浏览和了解。

1.3 课题的主要研究内容与技术手段

船舶油水分离器用于处理船舶机舱舱底油污水，使之达到IMO MEPC.107(49)决议的要求。船舶油水分离器包括ZYFM-0.25型舱底水分离器（ZYFM-0.25）和15ppm舱底水报警装置以及自动关停装置。本文的研究内容主要有：基于所学专业知识，对船舶油水分离器的外形和可操作的阀件、按钮、指示灯、旋钮等建立独立的三维模型，并进行纹理和材质处理，要求模型可操作。其基本过程和思路如下所示：