智能化生产单元动态展示设计毕业论文.docx
《智能化生产单元动态展示设计毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能化生产单元动态展示设计毕业论文.docx（42页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
智能化生产单元动态展示设计毕业论文
---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---
摘要
智能化生产单元，是每一个数字化无人化工厂所具备的基本单元。
智能化装备制造业离散型的加工单元。
其本质意义是把一组加工某一部件或者加工某一种类的部件集成成一组生产线。
其生产线具有模块化、智能化、高度集成化、一体化、智能化的加工特点，实现了数字无人化工厂的数字交互接口。
具备批量生产的特点。
从资源轴、管理轴和执行轴这三个角度，来实现基本工作单元的模块化、自动化、信息化，从而实现工厂的数字化、高效率运转。
智能化生产单元分为几个方面从体系机构上看，包括模块化、单元化、集成化和一体化四部分。
模块化和单元化可以令产品快速得到推广，集成化服务于一条产线，一体化解决了一个系统范畴的智造生态环境。
智能化生产单元三维动态展示通过栩栩如生的三维动态演示设计，将生产线上的各种动画图像进行模拟与演示并呈现，用3dsMax2018等三维软件，进行三维建模、渲染以及动画的制作，通过AdobePhotoshopCC2017、AdobePremier、AdobeAftereffects进行后期包装设计。
为客户提供产品的讲解、宣传及其销售提供解决方案，通俗形象及生动地描述了该产品的情况。
关键词：
三维动画；生产线；脚本；模型；渲染
Abstract
Intelligentproductionunitisthebasicworkunittorealizedigitalfactory.Accordingtothediscreteprocessingsiteofequipmentmanufacturingindustry,agroupofprocessingequipmentandauxiliaryequipmentwithsimilarcapabilitiesaremodularized,integratedandintegrated,soastorealizethemutualinterfaceofvariouscapabilitiesofdigitalfactories,andhavetheorganizationmoduleofoutputofmulti-varietyandsmallbatch（single-piece）products.Itrealizesmodularization,automationandinformatizationofbasicworkunitsfromthreeanglesofresourceaxis,managementaxisandexecutionaxis,thusrealizingdigitalizationandhigh-efficiencyoperationofthefactory.
Theintelligentproductionunitisdividedintoseveralaspects,includingfourparts:
modularization,unitization,integrationandintegration.Modularizationandunitizationcanpromoteproductsrapidly,serveaproductionlineinanintegratedway,andsolveasystemcategoryofintelligentecologicalenvironmentinanintegratedway.
Three-dimensionaldynamicdisplayofintelligentproductionunitssimulates,demonstratesandpresentsvariousanimationimagesontheproductionlinethroughlifelikethree-dimensionaldynamicdemonstrationdesign.Three-dimensionalmodeling,renderingandanimationproductionarecarriedoutwiththree-dimensionalsoftwaresuchas3dsMax2018.Post-packagingdesigniscarriedoutthroughAdobePhotoshopCC2017,AdobePremierandAdobeAftereffects.Providesolutionsforcustomerstoexplain,publicizeandselltheproducts,anddescribethesituationoftheproductsinapopularimageandvividway.
Keywords:
3-Danimation;Productionline;Scripts;Models;Lighting
引言
进入到21世纪后，逐渐的人口老龄化问题逐渐严重，近几年来我国大力推行机械制造2025，工业4.0等等体系，很多从事机械制造类加工工厂加工公司也逐渐向智能化，信息化的方向所转变，所以生产线智能化，无人化工厂也逐渐兴起，其对比于其他老式的加工工厂有许多好处。
比如，安全，高效解放劳动力。
光有想法我们要付诸于实践，所以就需要3dmax软件制作。
3dsMax在三维动画制作中，可以使得画面变得更加逼真，很多时候我们看到的电影，很多的场景都是利用这些个软件渲染出来的，就比如迪士尼系列的动画电影，科幻片异性，魔幻片指环王等等，都是经过后期的制作，各种3d软件进行后期的加工而形成的电影特效。
其画面的表现力，层次的体现。
都有本质的提升和飞跃。
很长的一段时间，3dmax等一些3d软件可以实现其他软件无法取代的地位，比如对于大气的渲染，对于磁场，电场，等一些我们无法看到的一些东西的渲染，因为很长一段时间内我们渲染的东西不存在大气，做不到真实性。
看起来比较假。
也没有必要的光影效果，所以，通过3dmax和vray的搭配，必要的效果也会呈现。
很多制造企业由于成立不久，设计方面的技巧不足，或者没有足够的人手进行再制造创新，但是却又经常遇到用户给出新的开发需求，研究制制作周期短，倘若采用传统的制作模式进行设计，在时间上，劳动力上，基本上很难去完成这个项目，并且制作成本很高。
但是，如果利用三维动画技术3dmax软件vray软件，首先对产品进行功能性和结构模拟，也方便进行论证和交流改进，确认设计方案后可迅速转换为生产图纸，逆推式的创新设计，大大增强了企业的市场应变能力。
本文决定生产线采用以3dsMax软件进行三维动画展示为主并配以AdobePremier、AdobeAftereffects进行后其包装剪辑的手法进行三维动态可视化设计。
首先根据制作的动画进行初步的分析，具体分析有许多，绝大多数进行其动画分析，分析从生产线主要表达什么，主要的镜头应该有那些体现，光影效果，动画脚本，生产线的优势有哪些。
其次利用3dsMax软件对其进行建模，完成模型与场景搭建后进行初步灯光调试并利用V-ray进行材质调节。
进行加工制作。
在摄像机动画制作的同时再对主要镜头重新调节灯光材质以达到色彩度明暗度的完美效果。
动画制作完成进行预渲染。
预渲染后进二次修改，二次修改后进行最终渲染。
最后将渲染出的序列帧导入到AdobePremier中，在AdobePremier中将视频按照解说词的内容、节奏进行剪辑。
将剪辑好的视频导入到AdobeAftereffects软件内进行标注、特效等素材的制作。
最后在AdobePremier软件中进行成片合成。
1设计目标
1.1设计背景
工程机械的智能化应该是当前机械工程发展的一个重要环节。
工程机械的智能化对于人们的生活是有着极大的积极影响。
让人们的生活质量以及消费水平有着质的飞越,因此进一步加强对其的研究非常有必要。
作为机械工程未来的发展方向,智能化机械工程的出现将机械工程带入一个崭新的发展纪元,同时,信息化和智能化的工程机械技术也将成为推动我国经济发展的重要手段和必然趋势。
基于此本文分析了工程机械智能化与信息化发展[1]。
随着我国改革开放的顺利展开,经济,科技,工业的高速发展带给社会与人民的生活质量提升是大大空前的.如今一些重要工业以及能源的开采竞争十分激烈,使得工程机械智能化和信息化成为各国大力发展的对象.每个国家的工业机械发展都离不开工程机械智能化与信息化的发展[2]。
随着智能制造，工业4.0的逐步稳进许许多多国家内大型的制造行业，都开始了向着智能制造2025发展，小到小商品加工作坊，大到三一重工等一些老牌企业。
都可以稍微看到这些影子，但是在一些其他工业强国面前我们的发展，对于重工业也好轻工业也好都还是远远不够，安川，西门子等等已经引进了一批又一批智能化的生产线，伴随着人口老龄化逐渐的逼近，解放工人的劳动力也逐渐地迫在眉睫。
很多时候在新闻之中也有很多工人因为操作失误而在身体上造成了一定量的伤害，虽然企业普及了许多的安全生产知识但是在很多时候，因为人工疲劳，图省里，还是会造成工人身体上损伤。
所以发展一款无人制造车间也是一个发展工业行业必不可少的前提。
前文也提到了，在很多时候因为劳动力或者资金的不足，我们很难直接建造一个车间，去实践其效果，我们也没有那么多资源去换取车间生产的容错率，所以这个项目也最大程度上需要三维动态可视化的设计。
三维动态可视化设计，是通过以3dsMax软件进行三维动画展示为主并配以AdobePremier、AdobeAftereffects进行后期包装剪辑的手法进行三维动态可视化设计，我们的目的就是让顾客更加只管的看到该项目落成，产出的一些效果。
拿这个项目举例子，顾客想要个车间概念图，如果交给二维，并不能直观系统的体现出一些特点，很多顾客也无法直观的感受到这个项目对于自己的需求，所以就要模拟车间建立三维，进行渲染加工，保证忠于现实的理念进行制作。
1.2设计要求
1.2.1设计目标
为智能化生产单元三维动态可视化设计可以更直观的展示出该生产线工作过程设立以下目标。
（1）展示出智能化生产线对于实际车间的比例。
（2）设计出机械手ik动作解算。
（3）展示出智能化生产线的工作流程。
（4）后期包装体现真实性。
（5）通过圆盘的加工体现生产线流程。
1.2.2设计内容
本次设计内容主要围绕智能化生产线三维动态可视化设计，通过行业对比、优势分析、专业解读等方式生动形象的展示出智能化生产线的产品优势。
由于本次设计旨在产品销售推广，项目受众为客户所以在制作时需要将原理既能讲解清晰又不涉及核心技术，对脚本制作方面有相应要求。
（1）对智能化生产线的工作流程。
（2）指出行业现状，并引出现有假捻器所存在的缺陷与不足。
（3）搭配可视化手段表现智能化生产线在结构上的创新以及优异性能。
（4）体现智能化生产线具有提高生产质量、提高产能、降低生产成本的优势。
1.3设计计划
1月29日-2月25日：
调研；
2月26日-3月4日：
对整体时间进行规划，撰写毕业设计开题报告并上交开题报告；
3月5日-3月11日：
通过研究项目背景、项目要求进而制定智能化生产线三维动态可视化设计的脚本；
3月12日-3月18日：
根据图纸、相关视频或图片进行场景搭建，模型搭建；
3月19日-3月25日：
在理解脚本的基础上进行三维动态可视化设计，制作摄影机的位置调整，最后根据脚本进行动画制作；
3月26日-4月1日根据整体效果进行灯光以及材质的调试，并且灯光与材质要搭配，渲染出符合甲方要求的产品配色、材质效果、图案以及灯光效果；
4月2日-4月15日：
渲染出图，渲染帧序列；
4月16日-4月30日：
使用后期软件进行片头制作；
5月1日-5月14日：
进行包装和剪辑，输出成片，检查成片的连续性和完整性，以及画面的清晰度等；
5月15日-6月3日：
验收设计成果，编写并审改设计说明书，准备答辩；
6月4日-6月10日：
答辩。
2设计策划
2.1设计调研
近年来，全球各主要经济体都在大力推进制造业的复兴。
在工业4.0、工业互联网、物联网、云计算等热潮下，全球众多优秀制造企业都开展了智能工厂建设实践。
据中国工程院院长周济介绍，智能生产是智能制造的主线，而智能工厂是智能生产的主要载体。
随着新一代人工智能的应用，今后20年，中国企业将要向自学习、自适应、自控制的新一代智能工厂进军。
新一代人工智能技术和先进制造技术的融合，将使得生产线、车间、工厂发生革命性大变革，提升到历史性的新高度，将从根本上提高制造业质量、效率和企业竞争力。
在今后相当一段时间里面，生产线、车间，工厂的智能升级将成为推进智能制造的一个主要战场。
查找相关资料，了解产品实际工作过程，采集数据，产品对比。
2.2设计风格
设计的风格关乎于设计本身，一个好的项目风格可以使得项目本身更加的立体，项目本身存在的动画应该与其风格相辅相成，大型场景项目应该体现出恢宏大气之感，小型厂房项目应该保证整体舒适得体，细小型零件项目应该保证其加工精良，大项目不必微观到极致，人有气质，而项目也有风格。
宣传片在目前的应用主要分为五大类：
企业培训流程类、楼盘模拟游览类、产品介绍类、企业宣传类、节庆类等几大方面。
企业宣传类，简单的说介绍企业文化，你走入公司，人事带你观看的正是企业动画宣传片。
楼盘类宣传片讲究舒适得当。
产品介绍讲究真实客观。
企业培训流程讲究高效通明。
节庆讲究欢快。
我的生产线正是产品介绍类，我要表现的正是一种真实客观的感受，生产线和厂房的比例应该趋近于真实的比例。
后期特效应该保证在最少的特效上保证生产线展示的完整。
展示宣传片的影片风格主要分为三大类。
第一类：
气势磅礴型国家水电，三峡大坝，港口码头，我国的征兵皆有这种风格类型，这类所主要阐述的产品或者宣传基本上物品比较大，或者表达的精神思想比较强烈，使人心灵震撼。
如图2.1所示。
图2.1征兵宣传片
第二类：
朴素真实，表达的物品的真实性，一般用于实物商品的广告宣传片或者中小产品的宣传片，强调可靠真实。
如图2.2所示。
图2.2小米手机宣传
第三类：
节奏轻快，具有科技感，此类展片科技感强，未来元素较多，主要适用于新型产品展示、高新企业的企业宣传，如图2.3所示。
图2.3产品展示动画
由于产品为生产线，项目制作旨在于展示其生产线会给你产线优异性能。
根据要求具体分析后决定整体节奏要明快，颜色写实，强调真实性。
体现的生产线为中型产品，配合太阳光，体现真实感。
所有的金属物品应该体现金属光感，油漆应哑光平滑，整体风格写实。
强调画面的真实性，强调画面的真实感。
2.3制作脚本
2.3.1片头
镜头名称：
开头
时间：
11s
画面内容：
介绍姓名，项目名称
画面效果描述：
粒子状态的演示
2.3.2生产线介绍
镜头名称：
c1
时间：
100-140帧
画面内容：
概括整个厂房以及设备占比大小以及天空贴图等一些大体上所能体现的。
画面效果描述：
建立生产线场景（厂房内部并排摆放铣床设备若干），漫游镜头进行场景漫游，环绕摄像机。
定镜，镜头定至介绍的生产线部位，进行生产线介绍。
镜头名称：
c3
时间：
140-320帧
画面内容：
通过c3摄像机，定在生产线扫描器上，给上字幕，渲染前一半不存在圆盘，而后一半存在圆盘，体现装夹
画面效果描述：
切换上一个镜头至c3，流出一定量时间，扫面器旋转，圆盘出现自上而下的放置，随后扫描器转回，承接下一个镜头。
2.3.3加工介绍介绍
镜头名称：
c4.
时间：
301-350帧
画面内容：
承上启下，用于连接。
画面效果描述：
切换视图进行动画演示，防止观众突然间切换过大视角从而无法适应，引起不适。
镜头名称：
c5
时间：
335-570帧
画面内容：
介绍机械手移动，对物件进行加持。
画面效果描述：
机械手由轨道进行移动，到扫描器面前进行加持，承接下一个镜头。
镜头名称：
c6
时间：
570-620帧
画面内容：
移动机械手，放置到托盘中。
画面效果：
机械手沿着轨道移动，移动u型托盘处，进行防置。
注：
此出应该多出下方镜头一段时间和c7镜头重复几帧。
因为承接关系，防止突兀。
镜头名称：
c7
时间：
600-650帧
画面内容：
给镜头特写。
画面效果描:
特写镜头，帧数重复20帧，让观众看得不是那么突兀，
体现材质光感。
镜头名称：
c8
时间：
650-915帧
画面内容：
简略的体现剩余圆盘装夹
画面效果描述：
一个镜头让其余圆盘通过改变不可见度出现在u型托盘上，节约时间
镜头名称：
c9
时间：
910-985帧
画面内容：
正上方摄像头c9，机械手沿着轨道进行移动，机械手旋转，达到一号铣床位置
画面效果描述：
机械手沿着轨道移动，机械手i进行旋转，进入到一号铣床位置，使得观众直观的看到机械手的移动轨迹，将机械手从暗的一面移动到亮的一面，因为厂房内没有打灯，全是由自然光体现，也增加了这个生产线的真实性。
镜头名称：
c10
时间：
985-1415帧
画面内容：
机械手到预计位置，放置圆盘，铣床进行切割。
画面效果描述：
切镜到c10位置，镜头不做任何动画，不平移，机械手到达预定位置，放置圆盘至铣床位置，机械手退回，画面进入白色淡出，持续几秒后白色淡入，因为我们要精简化铣削等不必要的过程，所以在淡入之后，画面转到机械手夹取加工后的托盘，然后移出轨道。
画面承接个镜头。
镜头名称：
c11
时间：
1402-1900帧
画面内容：
机械手放置加工好的圆盘，放置到u型托盘上，根据电脑指令，进行下一个圆盘加工
画面效果描述：
接上一镜头，切镜，机械手夹持着加工好的圆盘，移动到u型托盘前，放置，无需特写，之后在下两层找到需要加工的圆盘b，夹持。
移动。
镜头名称：
c12
时间：
1890-2340帧
画面内容：
机械手夹持圆盘，进行移动。
移动到2号铣床上，进行圆盘b的铣床加工
画面效果描述：
切镜，切到c12摄像头上，此处对比上一个。
1号铣床机器的镜头可以略微拉远，因为也可以让观众看到2号铣床在整体的比重，位置，大体的占比。
机械手放入，镜头淡出，停顿几面，镜头淡入。
这样是为了节约资源突出重点，省去不重要的加床加工，节省时间。
镜头淡入后，机械手伸入夹持。
然后进行移动。
承接下一个摄像头，外加多渲染几帧，使得观众不觉得突兀。
镜头名称：
c1122
时间：
2335-2640帧
画面内容：
机械手放置加工好的圆盘，放置到u型托盘上，根据电脑指令，进行下一个圆盘加工
画面效果描述：
接上一镜头，切镜，机械手夹持着加工好的圆盘，移动到u型托盘前，放置，无需特写，之后在下两层找到需要加工的圆盘c，夹持。
移动。
镜头名称：
c13
时间：
3620-2710帧
画面内容：
给予细节的特写，体现u型托盘的特写，体现出金属的光感。
画面效果描述：
切镜，体现出影片的真实感。
色温较暖。
机械手夹持托盘，放置u型托盘上。
为了体现真实性。
Vray的金属光泽搭配好，使其有金属的反射光泽。
镜头名称：
c14
时间：
2700-2870帧
画面内容：
夹持另一个圆盘c进行车铣复合加工，旋转机械手，沿着轨道进行平移
画面效果描述：
切镜，c14视角，可以总览画面，机械手夹持圆盘，沿着轨道送至车铣一体机床，进行车铣符合加工，开机床，准备切镜，承接下一个镜头。
镜头名称：
c15
时间：
2870-3170
画面内容：
进行铣床加工，机械手夹持部分进行旋转，放置圆盘，进行圆盘。
画面效果描述：
机械手夹持圆盘，切镜进入c15，机床打开，机械手转动，移动到适合位置。
安装，随后关门。
进行车铣复合加工。
随后淡入，淡入淡出，白场转变，字幕条跟上。
随后机械手深入，夹持圆盘，之后承接下一个镜头。
镜头名称：
c16
时间：
3175-3520帧
画面内容：
画面转到3轴测量仪处，进行测量，c16摄像头要求：
进行该帧数中所有的动画都在此镜头之中，画面体现阴影处。
伽马值正常。
3轴测量仪进行测量。
画面效果描述：
切镜，机械手夹持之后，进行移动，旋转，放置在3轴测量仪上。
3轴测量仪z轴下降进行测量，当然，测量过程简化。
随后机械手夹持圆盘。
进行下一镜头承接。
镜头名称：
c17
时间：
3550-3700帧
画面内容：
做最后的收尾工作，放置圆盘c
画面效果描述：
切镜。
所有生产流程最后一步c圆盘，放置到u型托盘上。
所有序列帧合成的视频全部保存，进行pr合成。
如下2.4图。
图2.4序列帧
2.3.4片尾
镜头名称：
片尾
时间：
11秒
画面内容：
出现谢谢观赏
画面效果描述：
画面渐暗，出现谢谢观赏，最好带有粒子效果，应该和开头相应。
2.4画面整体色调
在所有的宣传片或者视频之中，最让人一开始起到决定性效果的是画面色调，整体的色调也是一个视频最为重要的因素。
在生活中色调也起到重要的作用。
在机械动画中，光线提供了整体的色调。
后期pr的合成也可以更改色调，按照颜色效果分类，色调分为一下两种，其所表达的特点也不尽相同，所作用的风格也不同：
1，冷色系色调：
冷色系色调可以作用于科技感十足的动画效果中，举个最简单的例子。
赛博朋克，赛博朋克系列的动画是针对科技感比较足的动画风格之一，强调动画的科技，其中也有一些对于科技的敬畏，此类风格动画色温偏向于冷色调，多为蓝白相间，强调于未来科技。
但是个人认为这一类科技风格的动画适用于概念版。
何为概念版，概念版是在现有的科技基础上附加的一层我们所没有的科技。
所以概念版冷色系未来科技的这种冷色系色调动画并不适用于我们这个动画。
如下图
图2.5冷色系色调风格
2，暖色系色调，暖色系的色调相比较冷色系色调就显得比较真实，其暖色系色调颜色趋近于太阳光的颜色，因为太阳光的颜色就是暖色系，其画面表现也是比较明亮欢快。
在科技风格上，上文我举例了冷色系的色调偏向于赛博朋克，而暖色系的色调趋近于蒸汽朋克。
齿轮，蒸汽机虽然在我们现在眼里是落后的，但是仔细想一下，暖色系的蒸汽朋克风格就偏向于其现实型。
给予观众心理上可实现的目的。
下图便是蒸汽朋克式的风格。
图2.6暖色系宣传片
所以，我偏向于暖色系风格，体现画面真实性。
3设计制作
3.1动画制作
首先根据相关图片、文字介绍、图纸等进行三维模型、场景的搭建。
而在项目进行中通常会遇到诸多情况，在模型制作以及场景搭建的过程中就会分为几种不同情况。
3.1.1三维建模
在三维建模方面会根据项目提供资料的完整度选择不同建模方法。
绝大多数的建模方法以下几种：
1.solidworks文件导入，这样的模型更加趋近于真实模型，但是很多情况下。
solidworks模型存在着相当大的不足，因为面数相当相当的多所以很多时候在导入时候会进行修模处理，所谓的修模指的是利用最少的边面数进行模型简化，而修模分为以下两种高模和低模，其高模指的是在近景状态下可以看到产品细致特征。
而低模指的是在十米开外可以看到大体特征。
所以通过外文导入，进行优化是模型来源之一。
2.自我建模进行模型建模。
在本次项目中项目具有模型文件，由于主要表现对象为生产线所以仅需对生产线部分进行重新建模，再将其他场景模型文件导入并进行模型优化。
本次项目中的主要部件为生产线，所以先对假捻器进行精细化建模。
其他部件则可直接采用项目中原有的
升级会员 