文｜山西迎才物流設備科技有限公司 郭慶

摘?要：隨著工業(yè)4.0時代的發(fā)展，物流裝備領域的技術也在不斷地迭代更新，各種新奇復雜龐大的物流方案設計頻繁出現(xiàn)，而僅僅依靠二維視圖已經很難對這些方案進行詳細直觀的理解。為便于深入討論、充分交流、直觀了解物流各個環(huán)節(jié)，山西迎才引入了高級影視三維制作軟件Maya。本文介紹了Maya在物流裝備領域中的應用，同時介紹了Maya和FlexSim仿真軟件的搭配使用。

關鍵詞：動畫、仿真、Maya、FlexSim、自動化物流系統(tǒng)

一、引言

近年來，隨著物流裝備領域的技術不斷迭代更新，各種新奇復雜龐大的物流方案設計接踵而來，建設單位對這些方案的吸收、理解，成了方案落地的最大阻礙。

為了解決上面的窘迫局面，本文將對市場中從方案設計到落地實現(xiàn)的整個過程進行重新梳理，結合筆者在物流裝備領域使用Maya和FlexSim的經驗，嘗試給出方案和三維動畫結合互補的應用點，希望能夠以此解決建設單位和設計單位溝通難的問題，促進物流裝備領域的積極發(fā)展。

二、物流裝備領域的方案設計是骨骼

物流裝備領域的方案設計，主要擴展為兩方面，一方面是與現(xiàn)有設備進行升級改造的方案設計，另一方面是全新規(guī)劃，從零開始的方案設計。相對來說，升級改造類的方案設計對技術的要求更高，而且局限性也更大；而全新規(guī)劃類的設計，對整體的物流流暢性要求更高，更考驗設計的合理性和可行性。

圖1是一個舊廠改造類項目，因為舊廠現(xiàn)有設備的局限性，只能在特定的空間實現(xiàn)物流智能化，難度系數(shù)非常大，建設單位很難理解圖紙，故使用Maya進行三維重建，輔助建設單位理解物流方案。

圖1：舊廠改造項目

隨著物流裝備領域的不斷發(fā)展，其規(guī)模也在不斷地發(fā)生變化，更多的建設單位愿意嘗試新的理念，新的智能設備組成的物流方案，從單一的堆垛機出入庫到聯(lián)合穿梭車（RGV）和提升機進行物流傳送，從一個立體庫到全場物流的智能運轉，這是一個從簡單到復雜的過程，從半智能到全智能的轉換，一個好的物流裝備項目，必然會創(chuàng)下一個經典的物流方案設計。

圖2為單一立體庫和整場物流的對比，這是一個從單一到復雜的轉變。

圖2：單一立體庫和整場物流

物流方案設計是整個項目的骨骼支撐，好的物流方案不僅能使建設單位減少大量的資金投入，更可以讓生產效率幾何倍數(shù)地提升，物流方案設計在物流裝備領域中的重要地位，不言而喻。

三、物流方案設計的溝通是脈絡

如果說物流裝備領域的方案設計是整個項目的骨骼，那么物流方案設計的溝通，則是整個項目的脈絡。一個項目能否順利實施，其最根本的要素，并不是方案設計得多好，而是建設單位和設計單位是否能夠順利地溝通。

溝通，聽起來很簡單，實際卻非常難。因為建設單位不一定懂技術，所以較為專業(yè)的二維施工圖，對建設單位來說，很可能猶如天書，這就會使雙方的溝通存在難以拔除的障礙。簡單地說，這個時候，二維視圖已經很難起到溝通講解的作用，而具備三維視圖的演示動畫，卻能夠從立體的視角，清晰直觀地展現(xiàn)出項目的結構和流程的走向，能夠使建設單位快速地了解方案的構思和項目的結構。

圖3是CAD圖和Maya三維重建的立體圖的對比圖。復雜難懂的CAD圖，如果三維重建成立體圖，整個布局將一目了然。

圖3：CAD圖和三維畫面的對比

四、關于solidworks、FlexSim、Maya優(yōu)缺點說明

三維視圖動畫的講解，在前期項目方案溝通中可以起到很重要的作用，那么應該怎么選擇和應用這些三維視圖軟件呢？筆者列舉以下常用的軟件來進行對比。

1.solidworks三維機械設計軟件

solidworks是一款集合了建模和力學模擬仿真的軟件，目前被機械類技術人員廣泛使用，優(yōu)點是其強大的機械數(shù)字建模能力和優(yōu)秀的力學計算能力，缺點是不適用于大場景搭建。solidworks主要用于精確的機械建模，不得不說，它專業(yè)的模型庫對于機械建模十分的便利，但是，它主要是服務于單個或者單組的機械地建模，對于大范圍的場景建模，會對電腦形成非常大的負擔，而且欠缺動畫演示。

圖4是solidworks軟件的頁面，顯示視圖中是一個立庫模型，左側是它的零部件。

圖4：sol idorks軟件頁面

2.FlexSim仿真軟件

FlexSim仿真軟件是一款非常專業(yè)的智能物流系統(tǒng)軟件，不僅可以搭建場景，而且還能模擬數(shù)據(jù)，并且對比數(shù)據(jù)，對物流系統(tǒng)進行更優(yōu)化的處理。它的軟件中已經內置了智能物流系統(tǒng)需要用到的大部分模型，使用者只需要修改模型的外觀就可以完美地搭建出項目的全貌。不過對于物流動畫的模擬講解，它卻無法精準地做到演示說明的作用，尤其是一些細節(jié)上的展示比較缺失。

同時，F(xiàn)lexSim仿真軟件的學習難度較高，想要掌握FlexSim仿真軟件，不僅要了解它每一個模型內置的屬性，同時要掌握軟件內部的邏輯關系，以及各種節(jié)點和上下游屬性的代碼。不過，如果只是為了獲取物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和優(yōu)化信息，這款軟件是強烈推薦的。

圖5是FlexSim仿真軟件的界面，每一條連線都是一個上下游連接關系，右側是其運行生成的數(shù)據(jù)。

圖5：FlexSim仿真軟件操作界面

3.Maya三維動畫軟件

Maya是一款影視動畫軟件，它擁有非常真實的動力學模擬系統(tǒng)，還有強大的建模功能和動畫制作功能，在動畫演示方面最直接有效，唯一遺憾的是，它無法獲得物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息，只能把方案三維重現(xiàn)，在項目前期的方案講解環(huán)節(jié)，這是一把利器。如果把maya和FlexSim仿真軟件組合使用，就完全可以取長補短，形成一個從前期方案到方案持續(xù)優(yōu)化到最優(yōu)的完美組合，但缺點是學習成本太大。

圖6是Maya的界面，中間是渲染窗口，下部是時間線，左側是個體模型。

圖6：Maya軟件操作界面

五、Maya在物流裝備領域中的應用

Maya在物流裝備領域中，主要以表示物流運輸流程和設備結構動態(tài)為主，詳細可以總結為以下三個方面。

1.物流運輸流程

將整個物流方案的輸送流程予以展示，以輔助講解為目的，演示物流輸送的過程，配合CAD圖，以更直觀的方式，幫助建設單位快速理解方案。

圖7是最終合成的物流流程展示的截圖，用文字加引線的方式展示設備的名稱和作用，左下角是所展示動畫流程的名稱。

圖7：運輸流程展示

2.設備結構動態(tài)

著重展示某個物流設備的機械運動狀態(tài)，使建設單位能更直觀地知道物流設備的工作方式，以及更準確地判斷整個物流方案的流程是否合理。

圖8是采用Maya制作的一個單獨的上排設備動畫演示流程截圖，左下角的文字是設備正在進行的工序描述。

圖8：設備單獨展示

3.物流方案的布局

將整個方案，依托設計圖紙的布局三維重建，可以更便于建設單位理解和吸收方案，對物流設計方案的全貌會有更直觀的認識。

圖9是一個整場物流項目的部分截圖，因為圖紙空間描述比較復雜，所以采用Maya進行三維重建。三維重建后，整個項目布局變得清晰，此時再對比CAD設計圖紙，就沒那么復雜難懂了。

圖9：布局三維重建

六、關于影視三維軟件Maya的動畫制作流程

1.建模

Maya的建模功能是毋庸置疑的，雖然它不像solidworks具備大量機械建模的預設工具和參數(shù)，但是它可以按照圖紙一比一地還原機械，并且快速地搭建大范圍的場景。

這里提供一個小技巧，在使用Maya搭建物流系統(tǒng)的場景時，可以將CAD圖紙作為底圖，按照一比一的比例導入，然后按CAD圖紙，快速地放置已建好的物流系統(tǒng)中所用到的模型文件。

圖10是Maya的建模界面，中間是模型的視圖窗口，右側是建模工具包。

圖10：Maya軟件建模界面

2.動畫

在動畫環(huán)節(jié)，Maya不需要像FlexSim仿真軟件那樣靠數(shù)據(jù)去引導動畫的形成，不需要系統(tǒng)的邏輯關系，只要求制作者能識別圖紙的流程既可。Maya制作的動畫流程完全由人為控制，不需要大量數(shù)據(jù)的計算，能夠大量減少電腦的負擔。

在Maya中制作物流系統(tǒng)的動畫流程，主要以講解為目的，可以局部細膩地描述機械的動畫流程，以便在方案探討環(huán)節(jié)可以讓建設單位更直觀、更方便地了解設計方案。

需要注意的是，除了場景中動態(tài)物體在時間線上打幀之外，相機的動畫也是必不可少的，我們可以把相機理解成建設單位的眼睛，要以方便建設單位理解的理念去讓相機轉起來。

圖11是Maya的動畫界面，中間是它的視圖窗口，下面是動畫的時間線和選中模型的關鍵點窗口，右側是選中模型的屬性窗口，左側是個體模型窗口。

圖11：Maya軟件動畫界面截圖

3.渲染

渲染是CG流程中最后一道工序，它主要依靠物理引擎，讓現(xiàn)有場景更符合實際的一個階段。簡單地說，渲染前是粗糙的渲染展示，渲染后得到精細的視覺展示。作為高級三維軟件，Maya對大場景的渲染速度非?？欤曳浅Ｕ鎸?，尤其是在Maya 2016版本以后，都加入了專業(yè)卡降噪的功能，到了2020版本以后，更是加入了軟件降噪功能，這大幅度地縮短了Maya得到一張無噪點圖的渲染時間。

圖12是Maya的渲染界面，浮動窗口就是渲染窗口，浮動窗口的后面從左往右，依次是渲染參數(shù)窗口、個體模型窗口、視圖窗口、屬性窗口。

圖12：Maya軟件渲染界面截圖

4.合成

即進入后期制作范圍，主要以補充為主，可以添加文字說明、效果輔助等，方便建設單位快速了解方案。

要在場景中加入跟蹤動態(tài)設備的文字元素，最好在CG的制作過程中就預留下后期制作時的跟蹤點，或者在要加跟蹤的模型上預留紅藍色塊。

圖13是After Effects軟件的合成界面，在Maya制作好的動畫，會以圖片序列的方式導入After Effects軟件，最后輸出成一個完整的視頻。

圖13：After Effects軟件合成界面

七、Maya與FlexSim的組合使用

1.模型互用

Maya的模型和FlexSim仿真軟件的模型和場景可以互用，只要換算單位一樣，那么尺寸在互導的情況下就不會發(fā)生改變。這樣一來，我們在建模上就節(jié)省了一半的時間，無需重復建模。

圖14是Maya和FlexSim仿真軟件的截圖，現(xiàn)在兩個文件中都顯示的是同一個模型，而這個模型在Maya中生成，然后導入Flexsim仿真軟件，他們的尺寸完全相同。

圖14：Maya和FlexSim軟件模型互導界面

2.動畫流程及數(shù)據(jù)的組合

Maya與FlexSim仿真軟件的組合使用，其效果絕對是1+1>2的體現(xiàn)，Maya主要是視覺體現(xiàn)，可以快速幫助建設單位理解方案；而FlexSim仿真軟件是以數(shù)據(jù)流告知建設單位設計方案的可行性。兩者結合，就相當于有了上面說的骨骼（方案設計）和脈絡（溝通橋梁）。

圖15是Maya和FlexSim仿真軟件結合使用的合成圖，右側是項目運行所產生的數(shù)據(jù)，左側上方是FlexSim仿真軟件的視圖，左側下方是Maya的渲染圖。

圖15：視覺和數(shù)據(jù)圖

八、結論

Maya與FlexSim仿真軟件的結合使用，能夠極大程度地幫助建設單位理解物流設計方案，并且更大程度地促成物流方案成功落地，對整個物流裝備領域的發(fā)展，能夠起到積極的作用。