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基於 Unity 的加工中心造型（xíng）網絡定製（zhì）設計技術

2017-12-14 來源：電子科（kē）技大學中山學院中山市技師學院（yuàn）作者：郭（guō）磊符莎劉（liú）麥

摘要: 結合以用戶為中心及定製設計理論，提出使用 Unity 平台，開發適用於網絡、多種（zhǒng）操作（zuò）係統和多種設備的加（jiā）工中心定製係統的技術方法。有效解決了用戶在網絡瀏覽時進行加工中心的形態與色彩方麵定製的問題，可提高用戶參與度，獲得個性化的（de）定製加工中心產品。

關鍵詞（cí）: 加工中心; 多平台支持; 定製; 造型

由於加工中（zhōng）心設備具備（bèi）高效高精作業、全自動（dòng）化（huà）及（jí）適合小批量製造等特點，其發展備受國內（nèi）外企業的重視，各裝備製（zhì）造企（qǐ）業都（dōu）在競相開發新型的加工中心設備。在技（jì）術發展迅猛、日益激烈的市場競爭中，加（jiā）工中心除了本身性能外，其人機操作、外觀（guān）形態、個性化等因素都成為了企業競爭的重要依據［1］。

由於當今製造裝備同質（zhì）化嚴重，功能已是（shì）設備必須滿（mǎn）足的基本（běn）條件，在這種功能基本相似的情（qíng）況下，設備造（zào）型（xíng）設計的優劣就成為機床製（zhì）造企業競爭的重（chóng）要砝碼，目前越來越多的（de）製作類企業開始在提升設備（bèi）外觀質量方（fāng）麵投入更多的精力。

而隨著時代發展，個性化亦成為企業為用戶提供的重要服務內容之（zhī）一，為了提高（gāo）企業競爭（zhēng）力，使（shǐ）用戶（hù）的個性化需求得（dé）以滿足，實現加工中心定製生產十分必要。

1 、加工中心造（zào）型網絡定製設計

隨著市場競爭（zhēng）的（de）日愈激烈，賣方市場（chǎng）基本被買方市場取代，以用戶的（de）個性化需求為中心，以產品零部件標（biāo）準（zhǔn）化、通用化及模塊化設計為（wéi）基礎，以快速及時響（xiǎng）應為特點的大規模定製（zhì）模式日益成為（wéi）企業的目標［2］。大規模定製生產模式將用戶、廠（chǎng）商（shāng）、供應商和各（gè）渠道有機結合，運用整體優化方法，充分利用企業各個環節的資源（yuán），在現代設計方法學、信息技術和先進製造等技術的支撐下（xià），以用戶個性（xìng）化需求為出發（fā）點，以大批（pī）量生產（chǎn）模式的超（chāo）低成本、高效地為用戶提供定（dìng）製（zhì）產品和服務［3］。MOTOLOLA、DELL 曾（céng）率先采用定製生產（chǎn）模式，並（bìng）獲得（dé）了成（chéng）功［4］。

與普（pǔ）通消費類產品不同，加工中心（xīn）屬於特殊產品，種類繁多且設計（jì）生產周期較長，采用定製生產模式更為（wéi）適合，可以滿足用戶（hù）的個性化需求（qiú），為此研究與（yǔ）建立網絡化的加工中心（xīn）產品定製（zhì）係統至關重要（yào）。運用現代虛擬現實技（jì）術，構建（jiàn）可以運行於網絡、支持多種設備和平台的、具有真實感的三（sān）維虛擬加工中心定（dìng）製係統，讓用戶在任意操作係（xì）統和設備上都能從（cóng）各個角度瀏（liú）覽加工中心全貌，並（bìng）進行色彩、形態等方麵的定製，可以為客戶提供全麵了解產品的新體驗，從而提高用戶（hù）的參與度和企業的影響（xiǎng）力［5］。

進入移動互聯網時代後，網絡技術（shù）的（de）發展和普（pǔ）及導致更多的用戶使用不同（tóng）設備、不同（tóng）係統進行網（wǎng）絡瀏覽，也使得基於網絡的產（chǎn）品定製係統開發麵臨新（xīn）的挑戰。針對這個問題，以定製設計理論為基礎，利用虛（xū）擬現實（shí）技術，以用戶為中（zhōng）心，以 EMCOFamup MC75-50 加工中（zhōng）心為例開發了基於（yú）網絡的加工中心產品定製設計係統（tǒng）原型。

2 、平台的選用與設計流（liú）程

在網絡環境下進行產品定製時，必然會（huì）采用Web3D 技（jì）術，該技術是支持定製（zhì）設計平（píng）台實現的核心。Web3D 是虛擬現實 ( VＲ) 中的（de）一項網絡技術。利（lì）用此技術，定製設計的產品可（kě）以做到全方位展示、實（shí）時裝配、色彩定（dìng）製等［6］。

通過對各種（zhǒng） Web3D 平台進行分析與應用研究，選擇了可以跨平台發布的 Uni-ty 工具作為了此次研究（jiū）的主要製作平台。Unity 是一個用於創建實時渲染的三維（wéi）交（jiāo）互式內容項目的（de）軟件工具。Unity 最早（zǎo）是在 MAC OS 係統下（xià）運行，利用可視化環境（jìng）進行項目開發的平台，開發流程可以達到所見即所得，且編程（chéng）工作可由一些內置模塊實現。Unity 具有一種層級式開（kāi）發環境，其編輯完（wán）全可視化，具有非常強大（dà）和（hé）完整的屬性編（biān）輯功能和場景預覽功能。Unity 項目由若幹場景組成，單個場景中包含三維模型，開發者通過腳本控（kòng）製模型的各種（zhǒng）動作與行為，用戶最終看（kàn）到的內容則由（yóu）場景中的主攝像機進行（háng）呈現並加以控製。借（jiè）助 Unity 強（qiáng）大的編輯功能，可以非（fēi）常簡便地實現加工（gōng）中心定製設（shè）計係（xì）統。如圖 1 所示，該（gāi）係統的設計流（liú）程主要包（bāo）括以下幾個環節（jiē）: ( 1) 在工程軟件如 Solid Works、Pro/E 中（zhōng）建立加工中（zhōng）心主軸和各個零部件的模型，此處需要注意各相鄰模型的公共邊（biān）界線問題; ( 2) 將模型文件導（dǎo）入至3DSMAX 等三維軟件中，搭建展示場景; ( 3) 將場景文件導入（rù） Unity 中構建交互場景，並為各零部（bù）件（jiàn）增加交互腳本; ( 4) 選擇（zé）適當的平台進行發布，完成係統的設計。

圖 1 係統構建工作流程

3 、定製係統的技術實現

3. 1 形態定製

形態是影響用戶購買產品的重要（yào）因素，加工中心的定製設計主要是圍繞形態（tài）要素進行的。在（zài）定製設計中（zhōng），通常（cháng）要求產品的零部件通用化，使同一產（chǎn）品平台下的產品零件可以互（hù）相替代，從而獲得定（dìng）製的（de）結果，表（biǎo） 1 展示了可（kě）用於（yú）相互替代的加工中心產品的（de）零部件（jiàn）。需要注意的是箱體和底座之間的配合（hé）關係、把手（shǒu）與防護門之間的配合關（guān）係（xì）等。在建（jiàn）立各零部件三維模型時，必須嚴格按照其配合關係與零件邊界關係建造新的零（líng）件模（mó）型。

表 1 加工中心各零部件

在 Unity 中，主要是通過調用零（líng）件庫中的三維模型顯示（shì）於場景中實現的，需（xū）通過腳本語言控製模型的調用、顯（xiǎn）示、即時重組與刪除，其手段是調用或刪除（chú）場景中的 Unity 對象，再通過場景實時保存方案，最終得到用戶認可的加工中心（xīn）造型，其原理如（rú）圖 2 所示。由於已事先預置了各外觀零部件的形態元素庫，用戶在加工中心形態定製頁麵可以選擇（zé）箱體外殼、底座（zuò）、防護門或門把手的形態進行定製。

用戶選擇（zé）相應的零部件元素，點擊按鈕後觸發事件，後台程序先確定該部件模型的布爾值，然後查詢數（shù）據庫，得到相（xiàng）應的觸（chù）發器信息，接著調用 gameobject. active = true 函數激活需要顯示的（de）該對象，並調用 gameobject. active =false 函數刪除當前處（chù）於顯（xiǎn）示狀態的零件。

圖 2 形態定製方法

與傳統的 Web3D 軟件相（xiàng）較，Unity 的優勢在於可以將不需要顯（xiǎn）示的模型暫時刪（shān）除，從而（ér）確保內存不會（huì）溢出，當（dāng）需要（yào）消隱模型時，則直接刪除模型，清空內存; 而傳統的 Web3D 則會一次性加載所有（yǒu）模型數據，這樣不但會（huì）導致文件量（liàng）增大，出現內存溢出的情況，也使加載場景的時（shí）間變長，影響用（yòng）戶體驗。圖 3 為用戶自由選擇不同的零部件組合後產生的不同造型定製方案。

圖（tú） 3 形態定製方案

3. 2 數控機床（chuáng）色彩定製

良好的色彩設計，能夠提高加工中心的外觀質量，是數控加工中心造型設計的一個重要組成部分。色彩不僅能夠對人的視覺產生影響，在區分功能、操作安全、防腐抗蝕及提高操作效率（lǜ）等方麵都發揮（huī）著重要的作用。在進行購買決策時，色彩（cǎi）也是用戶（hù）決定購買的重（chóng）要因素之（zhī）一。通常（cháng）情況下，企業都會為上市的產品設定不同色彩供（gòng）用戶進（jìn）行選擇。在加工中心定製係統中，用戶的（de）操作更為便捷，用戶隻需（xū）在定製係統提供的色彩（cǎi）定製工具（jù）中，選擇色（sè）彩（cǎi）庫中預（yù）置的顏色按鈕，則加工中心模型上的（de）對應賦色零部件就會即時產生色彩（cǎi）替換，在後台數據庫上也會記（jì）錄（lù）當前的色（sè）彩數據信息，用戶可以直觀地看到色彩變換後的賦色效（xiào）果，交（jiāo）互性能較高。

在 Unity 中，顏色是對象材質的一種重要屬性，即物（wù）體顯（xiǎn）示什麽顏色，需要為物體賦予一個帶有該色彩的材質屬性。Unity 支持的色彩賦色方法為激活更換色彩方案事件，Unity 對象隨之更換色彩方案。在Unity 中，材質屬性稱之為 Shader。Shader 通過 C #語言（yán）編寫，可以獲（huò）得（dé）非常優秀的實時渲染效果，這對於發（fā）布在網絡環境中的三維模型是（shì）非（fēi）常有意義的，用戶借助客戶端硬件的圖形計算芯片，即可快速得到優秀的即時渲染（rǎn）效果。

在加工中心的色彩定（dìng）製（zhì）設計中，首（shǒu）先需要確定機床的色彩分布，一般情況下，加工中心的色彩應該少而精，通常不超過 3 種顏色。為了實（shí）現機床穩定感的要求，較多采（cǎi）用上輕下重的色彩配置。

文中的加工中心色彩設計中，由於黑色可以使加工中心看起來更（gèng）加穩定（dìng），並且黑色不（bú）容易看出油汙，因此底（dǐ）座部分直接采（cǎi）用（yòng）了黑色，主箱體采用了機床設計中（zhōng）常用的白色係，其餘部分則希望根據用戶的需（xū）求進（jìn）行設定，從而實現用戶定製機床色彩的（de）需求。在定製係統中，為需賦色的零件增加 Shader 材質，並定義（yì） Shader 的各種參數，然後針對 Shader的參（cān）數進行編程，通過對 Color 等幾個參數的修改，不僅可以實現顏色替換，甚至可以製（zhì）作出顏色變換的動態效果，這樣就實現了定製係統中色彩（cǎi）的實時更換。

另外，廠商需要加入新的色彩方案時，隻需要在（zài）腳本文件中加入相關的顏色數據就可以（yǐ）了，十分簡便，不會對用戶（hù）瀏覽（lǎn）器造成額外的負擔。圖 4 為用戶選擇（zé）不同顏色後的定製方案（àn）。

圖 4 色（sè）彩定製（zhì）

3. 3 定（dìng）製係統的多平台發布

進入移動互聯網時代後，PC 已不（bú）再（zài）是用戶終端的唯一（yī）選擇，各（gè）種操作係統、移動平台也紛紛成為人們常用的設備平台，如蘋果公司的 i OS 係統如今已有相當大的市場占有（yǒu）率，因此（cǐ）加工中心（xīn）定製係（xì）統也應該適（shì）用於各種平台，Unity 易於移（yí）植的特性恰（qià）好（hǎo）能完美（měi）地解決這個問題。如（rú）圖（tú） 5 所（suǒ）示，Unity 發布的作品不僅（jǐn）可以在傳統 PC 的網頁瀏覽器上運行，更重要的是（shì）它能（néng）夠發布除了 Windows平台之外，其他諸如 MacOS、androids、i OS 等移（yí）動平台，甚至還能（néng）夠發布索尼 PS、Wii 等設備，其兼容性非常強。

由於跨平台的特性，Unity 工程經過簡單的修（xiū）改就可以移植到移動端運行，圖 6 為加工中心定製係統的 APP 運行於 i phones 設備上的狀態。

圖 5 多平台發布

圖 6 i OS 平台上的定製界麵（miàn）

4 、結束語

通過多平台發布（bù），用戶可以在多種（zhǒng）操作係統和設備上（shàng）直接使（shǐ）用加工中心的造型定（dìng）製係統，用（yòng）戶不僅能夠直接對加工中（zhōng）心各零部件進行形態、色彩的自由定製（zhì），獲得個性化的產品方案，還能夠獲得良好的設計體驗，增強對企業的認知（zhī），擴大企（qǐ）業的（de）影響力。該（gāi）技術可以適用於不同類型的產品，具有（yǒu）很強的（de）應用前（qián）景。

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