Max Script在物流自動化系統3D建模中的應用

徐 健，張敬敏，張可義

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著現代物流配送行業的崛起和自動化技術的大幅度提高，大型自動化物流系統的需求也隨之越來越多。但大多數潛在用戶對自動化物流系統還缺乏直觀的認識。在工程圖紙中，較常見的是CAD工程圖表現，CAD圖紙雖然表現的最為準確，但其專業性較強，未經專業訓練的人很難看懂。因此，三維效果圖成為使用戶了解自動化物流系統的必要手段，其中最常用，功能最強大的就是Autodesk公司出品的3Ds Max軟件。

在大型自動化物流中心中往往配有數量龐大、種類繁多的自動化輸送設備，例如輸送機、提升機、叉車、AGV等等。因此在這些大型項目前期規劃階段中，要完成所有設備的3D模型制作，工作量非常巨大。

對于此類系統中的設備建模有如下幾種方法：

1）對其中每個設備分別進行3D建模；

2）直接用其他項目中的已經建好的3D模型導入到當前工作文件中，并根據實際的設備參數進行修改編輯；

3）用專業物流自動化仿真軟件進行建模，如Flexsim， Automod等。

第（1）種方法，可以對每個設備進行精細建模，但是耗時耗力。

第（2）種方法節省了重新建模的過程，但是

需要時間尋找和篩選類似的模型進行導入，或者在其他項目的3D模型制作完成后，需要對這些文件進行分類歸檔；而且在導入其他項目中類似的3D模型后，不能直接對模型進行拉升縮放操作，需要對該模型進行定制修改和編輯，所以也不適合大規模快速的模型制作。

第（3）種方法3D建模速度非常快，而且有背景數據，但是這種仿真軟件費用非常昂貴，顯示效果也不是很理想，且不便于對新型設備進行建模制。

本文提出一種基于Max Script的高效批量建立物流自動化設備的3D模型的方法，可以快速有效的完成非常繁瑣的建模工作。

1 物流自動化系統3D建模方法

1.1 傳統物流自動化系統3D建模技術分析

在使用3Ds Max設計大型的物流自動化系統過程中，設計人員經常會碰到需要手動操作大量的重復性修改或者編輯的工作，比如在某個倉庫中有單位載荷1噸的揀選式貨架，有載重200Kg的揀選式貨架和載重30kg的隔板式貨架。在設計完載荷1噸的貨架系統后，再對載重200Kg的貨架進行設計。這時候并不能簡單的將1噸的貨架單元復制過來直接縮放完充當200kg的貨架單元，因為隨著載重量的不同，貨架的橫梁、立柱等也會隨之變化，而對于輕載的30Kg的隔板貨架，情況就會更復雜一些，需要在前后橫梁間加入隔板，同時可能還要加入側網和背網等。

要完成以上的模型建立工作，通常需要分別對三種類型的貨架單元進行精細設計，然后再根據系統進行布局，按照以上步驟完成所有的模型會花費大量的工作和時間。

1.2 利用Max Script進行建模的方法

Max Script語言是為擴展3Ds Max的功能而專門設計的，它不僅可以將功能命令設置為工具中的按鈕，而且還有記錄交互操作過程的能力。Max Script可以完成高級復雜的程序設計任務，適用于對含有大量對象的集合進行操作。

對于前面提到的各類貨架建模，采用Max Script語言結合Visual Max Script Editor設計一套可以定制常用物流設備3D模型的個性化程序面板，只需要在程序面板中輸入關鍵參數：橫梁長度、橫梁橫截面尺寸、立柱長度、立柱橫截面等，系統會直接在當前3Ds Max工作界面中加載符合上述參數的貨架模型。這樣使得工作變得非常快捷，極大的提高工作效率。

Max Script腳本編輯器已經直接嵌入到3Ds Max中，為了簡化腳本語言的編寫過程，可以采用Max Script Listener將手動制作3D模型的過程自動轉化為腳本語句，然后對腳本語句進行優化精簡，并將Visual Max Script設計的界面中的控件變量引入到腳本語句中。使用時可以通過輸入參數變量快速自動完成相應的3D模型。編寫腳本和界面設計流程如圖1所示。

圖1 腳本設計流程圖

2 物流自動化常用設備及其可變參數

各種物流中心由于業務不同，配置的各種物流自動化設備也不盡相同。我們選取自動化物流搬運設備中最常用的幾大類設備進行模塊化設計，3D設計人員在具體項目中遇到同類型的設備，可直接調用生成的窗口插件，選擇需要建模的設備類型并輸入相應的參數，系統在當前的工作窗口中直接生成3D模型。

在窗口控件中加入自動化物流設備模型，如圖2所示。

圖2 可定制的自動化物流設備模型

典型物流設備模型設計過程中，還應該說明以下三點：

1）在保證仿真效果的前提下，盡量減少要輸入的參數量，需要輸入的參數只保留最關鍵的設備參數。我們在用Max Script腳本語言在對設備建模時，對其中的各部分機構中的某項非關鍵尺寸直接采用經驗數據，減少了腳本的變量傳遞過程和語句的復雜程度，同時這些非關鍵尺寸也不影響模型的仿真程度。

2）在建立設備模型過程中，采用絕對世界坐標系（X,Y,Z）來確定各個部件位置。

3）對某些設備中的機構可以從現有的模型庫或者外部文件直接導入當前編輯的對象中。

3 鏈式輸送機的標準化腳本建模

本節以鏈式輸送機為例，對其結構中各個機構建模的方法和順序進行說明。

圖3 鏈式輸送機3D模型

鏈式輸送機在大型物流配送中心中是最常用的設備，主要用來輸送以托盤為單位的載物單元。不同的應用環境中的輸送機尺寸和配置各不相同。

下面以輸送機為例具體說明標準件腳本建模的過程。

由于3Ds Max效果圖主要為展現物流方案的整體效果，在能保證整體模型展示效果的前提下，本文將鏈式輸送機的主要外形參數作為可以自定義輸入的變量：長（L）*寬（W）*高（H），其他非關鍵尺寸直接用經驗固定值來代替，可以減少不必要的工作量，同時也簡化Max Script腳本語句。

Visual Max Script設計定制界面如下：

圖4 鏈式輸送機參數輸入界面

在輸入長寬高數據和定義顏色等參數后，系統自動生成一個符合輸入參數和自定義的鏈式輸送機。

3D模型的建立過程如下：

建立輸送機的側邊機構和鏈條

圖5 側邊機構和鏈條

首先先建立由多邊形組成的一側長為L的側邊機構，在側邊機構上方邊放置長方體（l*10*3）并在表面貼圖（鏈條）。

其中側邊機構中的材質厚度本固定設計為5，制作時先導入實現基本形狀庫的多面體，并將模型拉升至l長和300高。

單個側邊機構建模完成后，沿Y軸方向在距離W處復制另一個側邊機構。

實例代碼：

mergeMAXFile "001.max" #noRedraw #select #mergeDups #renameMtlDups

--導入多面體模型文件：001.max

$.subobjectLevel = 1

$.EditablePoly.SetSelection #Vertex #{2, 4, 6, 8, 10..11, 13, 16}

move $.selectedVerts [l,0,0]

--定義輸送機長度l, l值由插件窗口中的長度輸入賦值

actionMan.executeAction Edit: Clone maxOps. cloneNodes $ cloneType:#instance newNodes:&nnl select nnl

--復制現有輸送機側邊機構

move $ [0,w,0]

--定義輸送機寬度w,w值由插件窗口中的寬度輸入賦值

鏈條在模型制作時如上相似，導入已經貼好圖的基本多面體并拉升，之后將鏈條模型移動到側邊機構的正上方。

b）支撐柱的模型建立

在側面機構L/2位置處建立第一個支撐腳結構，支撐腳與側面機構連接件為固定150高，調節連接件下邊的腿柱的高度至指定的輸送機整體高度為H。

將剛完成的中間支撐柱沿著x軸方向分別+(L/2-200)和-(L/2-200)位置處復制出另外兩個支撐柱，之后將這一側的三個支撐柱沿著Y方向復制出對面一側的另外三個支撐柱。

最后用三個立方體（W*80*80）將對應的支撐柱連接起來。

c）電機及其支撐板

在沿X軸反向距離設備中心線350處建立電機支撐板模型，并在其上方導入現有模型庫中的電機模型至距離設備中心線380位置處。支撐板厚度為10，寬350。位置和尺寸參數如圖6所示。

圖6 電機及其支撐板

d）橫向支撐建模

沿X軸正反方向分別在中心線、L/4處和L/2-100處建立W*80*80的5個長方體作為鏈式輸送機的橫向支撐結構。

e）導向和支架

在一側的側面機構X軸中心位置上從現有模型庫中導入第一個支架，再沿著X的正負方向距離中心線L/2-300復制另外兩個支架，之后將這一側的三個支架再沿著Y軸鏡像復制到對面的側面機構上。在兩側側面機構的支架內側分別加入兩個長方體L*80*15作為輸送機導向的3D模型。

位置和尺寸參數如圖7所示。

圖7 導向和支架

4 應用實例

利用基于Max Script腳本語言編制的標準物流設備建模窗口插件對如圖8的物流自動化實例方案進行3D建模。

圖8 導向和支架

方案中的設備如表1所示。

表1 設備列表

1）對給定方案中的鏈條輸送機、滾筒輸送機等標準物流設備建模前，首先從CAD圖紙中獲取相關設備的具體尺寸，然后在3Ds Max里直接輸入尺寸等定制參數，系統自動直接生成3D模型。

2）對于移載機、回轉臺、變幅機這類并未建立模型的設備，可以先按照滾筒輸送機或者鏈式輸送機自動生成模型，然后在此模型基礎上進行修改。

3）Max Script的物流設備插件在3D模型生成后，均置于世界坐標的中心，因此在各設備單元自動生成后，需要將模型移到其他編輯區域進行模型編輯。

對本方案中的所有物流設備3D建模需要的時間進行統計如表2所示。

表2 建模所需時間表

（*第一模型建立完成后其余可簡單復制完成）

在本例中，完成的建模工作約75分鐘，再加上后期的布局放置、圖紙渲染等，2個小時內即可輸出該方案的3D效果圖紙。如圖9所示。

圖9 方案最終3D效果圖

5 結論

使用Max Script腳本可以完成某些3Ds Max面板操作無法實現的功能。通過自定義編寫的常用標準物流設備的窗口插件，用戶只需要輸入簡單參數即可大批量的對各類物流設備完成快速3D建模，可極大的提高工作效率，節省大量的時間和精力。同時這種3D模型標準化建模的思路也可以推廣到其他需要批量建模的行業中。

[1] 王華.3ds MAXScript腳本語言完全學習手冊[M].兵器工業出版社.2006.

[2] 王琦.3ds MAX 2015標準教材[M].人民郵電出版社.2014.