数字化艺术设计研究

数字化艺术设计研究（共12篇）

数字化艺术设计研究 篇1

面对迅速多变的市场需求和不断缩短的设计周期, 企业新产品开发任务变得越来越繁重。通过数字化设计技术, 企业可以优化和管理从概念设计到生产制造的全过程。工业设计团队使用一致的数字模型, 可以有效提升设计效率, 减少对花费高昂的物理样机的依赖, 从而加快新产品投放市场的速度。因此, 展开计算机辅助工业设计流程的探索, 将对企业的技术创新起到积极的推动作用。

1 计算机辅助工业设计

1.1 数字化设计技术

数字化设计技术是一项多学科的综合技术, 贯穿产品设计、分析、制造全过程, 集成了计算机辅助设计CAD、计算机辅助分析CAE、计算机辅助制造CAM、产品数据管理PDM、计算机辅助工业设计CAID、虚拟现实VR、逆向工程RE、知识工程KBE、快速原型制造RPM、标准化、多媒体和网络通讯等多项现代设计制造过程中的先进技术[1]。

1.2 计算机辅助工业设计技术

计算机辅助工业设计———CAID, 是指在计算机及其相应的计算机辅助工业设计系统的支持下, 进行工业设计领域的各类创造性活动[2]。设计师通过CAID技术对产品进行功能评估、造型探索、色彩设计、人机分析、结构分析等设计开发工作, 实现产品形态、色彩、人性化设计和美学原则的完美统一。

1.3 主流CAID软件

1.3.1 辅助概念设计软件

计算机辅助手绘表达, 典型的方式是利用Wacom等公司生产的手绘板或数位屏配套相关的手绘表达软件, 比如Autodesk公司开发的Sketch Book Designer, Corel公司开发的Painter, 通过模拟手绘方式真实地表现出笔触, 色彩、质感和纹理。

计算机辅助二维设计, 主要有Adobe公司开发的Photoshop、Illustrator和Corel公司的Coreldraw等软件辅助产品设计的二维效果图表达, 通过三视图和透视图的方式, 清晰地表现出产品的设计概念, 明确产品的尺寸关系。

1.3.2 辅助三维设计软件

计算机辅助三维设计主要有Alias、Rhinoceros、3ds Max等建模软件, Cinema 4D、Key Shot等渲染软件, 以及Pro-E、UG、Solid Works等工程软件, 通过对产品的三维建模, 利用渲染软件进行真实材质的渲染, 展开虚拟制造、虚拟装配以及虚拟人机评价等工作, 可以对设计开发的产品有一个准确直观地认识。

1.4 CAID的特征

计算机辅助工业设计技术在辅助设计师开展产品设计工作时, 必须具备两个阶段性特征。

(1) 辅助概念设计, 通过二维的方式快速表达设计意图, 并具备二维向三维无缝转换的能力。

(2) 辅助三维设计, 根据二维数据迅速生成三维数字模型, 帮助设计师准确、直观地表达设计想法, 并且易于反复修改, 能够按照制造标准精确地传递到生产环节。

确保设计流程的畅通、设计数据的完整以及设计思维的连贯, 是计算机辅助工业设计技术面向产品数字化设计开发现实的关键问题[3]。

2 数字化工业设计流程

2.1 现有数字化设计流程的反思

2.1.1 设计数据存在不完整性

从纸笔概念草图, 到运用Rhinoceros、3ds Max等非制造业标准的三维造型软件进行造型, 再导入工程软件的流程, 是目前大多设计服务机构所采取的模式。这种模式存在以下几个问题:一是不具备从概念设计到三维设计的转换能力;二是虽然非制造业标准的三维设计软件都提供了工程数据接口, 但因个体能力的差异容易出现错误从而造成数据的损失;三是数字模型导入工程软件后, 难以进行修改。

2.1.2 创意思维存在被弱化现象

为了更紧密地和工程制造环节相联系, 目前大多数制造企业放弃了三维造型软件, 直接使用Pro-E、UG、Solid Works等工程软件。虽然这种模式解决了数据格式一致且可变更修改的问题, 但面对自由曲面的塑造, 此类软件还是会暴露出自由度和灵活度不高的问题, 需要设计师个体具备较高的软件操作能力[4]。

2.2 统一数据流的数字化工业设计流程

确保设计思维的连贯和设计数据的统一是数字化产品设计开发的关键点。统一数据流的多软件协同, 不同软件在产品设计开发的不同阶段表现出不同的特点和优势, 以统一数据流的原则选择适用的软件, 可以使设计师在造型创意时得到自由有效的发挥空间, 也可使工程师在完善生产数据时共享设计成果, 提高协同开发的工作效率。

2.2.1 统一数据流的软件选型组合

(1) Sketch Book Designer计算机辅助手绘表达软件。该软件提供了一流的基于手势界面的草图制作能力, 可用于各种创意流程, 包括产品概念和构思、角色研究、故事板、标注和评审等。软件拥有Vector图层, 可生成矢量文件, 并可自由编辑, 数据文件可储存为.dwg格式。

在计算机辅助手绘表达阶段, 借助压感笔和数位屏在Sketch Book Designer中绘制出具有手绘效果的概念草图, 草图曲线可输出为.dwg格式文件。

(2) Illustrator计算机辅助二维设计软件。该软件是矢量图形软件, 最大特征在于贝赛尔曲线的使用, 有着强大的功能和体贴用户的界面。可以自由读取和存储为.dwg格式。

在计算机辅助二维表达阶段, 将草图曲线导入Illustrator软件, 经过矢量编辑之后, 以三视图的方式展开二维设计, 有利于明确各产品角度的造型特征, 也有利于明确尺寸关系。曲线仍可输出为.dwg格式文件, 并可导入Rhinoceros或Solid Works作为建模草图, 实现概念设计和三维设计的良好衔接。

(3) Solid Works计算机辅助三维设计软件。该软件为制造企业普遍采用, 软件功能强大, 集合了零件设计、产品装配、加工制造、钣金件设计、工业设计、自动测量、人机分析、产品库管理等功能。可以自由读取和存储.dwg格式, 并可与Rhinoceros造型软件[5]和Key Shot渲染软件[6]实现完美的无缝衔接。

工业产品通常由上百种零件组成, 其中许多零部件是通用的标准件。在计算机辅助三维设计阶段, 通常会采用自顶而下 (Top-down) 的产品设计方法[7], 通过Solid Works软件, 结合导入其中的三视图作为建模草图, 展开产品三维设计和产品细节塑造, 并通过虚拟装配和虚拟人机评价进行检查, 对整体造型特征概念设计不合理的地方进行完善。若遇到曲面较为复杂的部件, 可通过Rhinoceros造型软件完成, 再直接从Solid Works中打开。

最终通过Solid Works软件与Key Shot渲染软件的无缝衔接, 为数字模型添加材质、灯光、纹理、贴图等内容, 产生静态、动态或虚拟3D效果。

2.2.2 数字化工业设计流程图

以Solid Works工程软件为核心, 与Sketch Book Designer、Illustrator、Rhinoceros以及Key Shot软件组合使用, 以.dwg数据格式作为概念设计阶段向三维设计阶段传递的桥梁, 构建面向产品数字化设计开发的计算机辅助工业设计流程, 从而使工业设计师自由有效地展开造型创意, 并能够与工程师共享设计成果, 切实提高产品开发流程的协同工作效率, 如图1所示。

3 结论

从统一数据流的角度进行计算机辅助工业设计软件的选型组合, 达到确保设计流程畅通、设计数据完整和设计思维连贯的目标, 可作为产品数字化工业设计流程的重要参考。随着计算机技术、人工智能、多媒体、虚拟现实等技术的进一步发展, 工业设计的数字化和智能化程度将会更高, 人机交互方式将会更自然, 设计创新手段将会更有效, 工业设计师与工程设计师将会逐步走向融合, 创意与工程之间的鸿沟也将逐步被弱化。

参考文献

[1]史春涛, 张宝欢, 等.实现摩托车数字化设计的关键技术综述[J].机械设计, 2005, 22 (8) :5-7.

[2]潘云鹤, 孙守迁, 包恩伟.谭计算机辅助工业设计技术发展状况与趋势[J].计算机辅助设计与图形学学报, 1999年, 11 (3) :248-252.

[3]林敬亭.基于CAID的机床产品族造型设计研究[J].机械设计, 2013, 30 (6) :97-100.

[4]欧阳波, 贺赟.工业设计数字化样机设计流程[J].包装工程, 2011, 32 (16) :70-73.

[5]林敬亭.Rhino结合Cinema 4D在工业设计中的应用[J].福建电脑, 2007, (10) :185-186.

[6]陈亮, 王娈.工业设计产品渲染的新方法[J].软件导刊, 2011, 10 (10) :99-100.

[7]余宁, 阮毅.虚拟设计在数控机床研究开发中的应用[J].机电工程技术, 2011, 40 (7) :114-115.

数字化艺术设计研究 篇2

润滑与冷却系统数字化设计平台研究

采用数字化设计技术不仅有利于提高大型装备的设计质量,而且能够缩短研制时间和降低研制成本,因此具有十分明显的`学术价值和应用价值.本文以航空发动机中的润滑与冷却工作系统为研究对象,建立了针对这一系统的数字化设计平台,并对其中的关键技术问题进行了研究和分析.本文的研究方法和成果亦为类似的其它装备系统的数字化设计工作提供了参考依据.

作 者：陈国定 夏小群 Chen Guoding Xia Xiaoqun 作者单位：西北工业大学,机电学院,西安,710072刊 名：机械科学与技术 ISTIC PKU英文刊名：MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY FOR AEROSPACE ENGINEERING年，卷(期)：26(6)分类号：V23关键词：航空发动机 润滑与冷却系统 数字化设计平台

数字化艺术设计研究 篇3

伴随着数字化时代的到来，信息获取方式发生了天翻地覆的变化，受众的阅读方式和需求也不同于以往，在这样的背景下，电子报纸应运而生，为了满足受众对信息的追求，电子报纸在版式设计上，体现出自身独特的特质，包括图片等多媒体传播手段的大量运用等，本文试图探讨这些电子报纸在版式设计上的特点，并尝试提出融合创新的方法。

电子报纸是指把新闻和广告等内容以数字化形式保存在电脑或者移动通讯设备内，读者通过通信终端访问的报纸，是电子计算机和电视广播相结合的产物。对电子报纸的界定，最初是指纸质报纸的电子版，后来逐渐演变成信息量更大、以及服务更加充分的网络新闻媒体。

相对于传统的纸质媒介来说，电子报纸的传阅力大幅提高，阅读更便捷，更具有活力。在数字化时代的众多媒介中，电子报纸一方面能够实现数字化媒体快速而广泛的信息传播能力；另一方面，又因其依附纸媒而比网络媒体更具深度报道的能力，这也成为电子报纸在当下的媒介环境中能够立于不败之地的重要原因。

电子报纸的版式设计直接影响到大众的时代审美倾向与风格，也必然对应着一场报纸版面设计革新的浪潮。作为电子报纸编辑中一个重要组成部分，版式设计需要考虑数字化背景下大众的阅读需求的转变，使人们在快节奏的生活方式下能够方便快捷，又不失舒适的获取信息。因此，对于版式合理的艺术化设计将成为指引人们生活、交流、提高人们生活质量的重要因素。

数字化时代受众阅读需求的转变

数字化技术和资源已在人们的生活当中得到广泛的普及，尤其是以手机、笔记本电脑等为代表的移动数字设备，逐渐成为数字化时代新的阅读载体，极大的改变着传统的阅读方式，是人们信息来源的主要途径。相对于传统阅读来说，数字化阅读更加快捷、方便，获取的信息量更大，更适应目前人们快速的生活节奏。也带来了受众新的阅读习惯和需求。

1.由精细化阅读向快速阅读转变

由于纸质媒介对一些事件的报道带有一定的严肃性，加之纸媒版面的有限性，传统纸质媒体一直以深度报道和评论见长。在长期的熏陶下，习惯从传统纸质媒体中获取信息的一代受众，培养了深度阅读和思考的能力。这种情形在数字化媒体时代有所改变。

2.由单一文字阅读向多媒体阅读转变

新型的数字化阅读载体，相对传统阅读来说，具有更强大的信息存储量以及更多元化的信息表达方式，阅读内容不再是单纯的平面式的图文阅读，而是转变为有色彩、有声音的动态立体阅读。读者可以借助网络、计算机等技术获取包括图片、音频在内的多媒体信息资源，形成多元化的文本阅读行为，获取更加丰富的阅读信息。

电子报纸版式设计应对新需求的艺术性改造

电子报纸依托数字媒体所获得的存储和传播方式，改变了受众的阅读习惯，而与此同时，基于目前受众阅读需求和习惯的诸多变化，电子报纸的版式设计也开始出现前所未有的变化。传统纸质媒介中字体、字号、色彩、文字排列方式、线条等版面语言被逐渐弱化，取而代之的是图片、视频等传播内容的运用。

1.图片的大量运用

一直以来，无论是传统纸质媒体还是电子媒体，图片在表达一些事件中所发挥的作用都是不言而喻的，一幅恰当而清晰的新闻图片，不仅能够完整的表达新闻事件的内容，并且因其强烈的视觉冲击力，在多数情况下，甚至能够发挥比文字更巨大的传播作用，强化传播效果。

2.多媒体综合运用的版面表达

电子报纸集合了几乎所有其他样式的传播媒介，包括传统的报纸、电视、广播等。除了文字、图片外，目前，集成音频、视频、动画等多媒体手段表达信息内容页成为电子报纸版面，这是传统报纸所不具备的。借助多媒体集成，电子报纸的读者可以不局限于文字、图片，在阅读的同时收听音频、收看视频，打破了传统报纸传播的时间和空间限制，获取信息的渠道大为拓宽，获得的信息量也更为富。不过，音频、视频、动画等文件容量通常较大，对电子报纸的打开速度会产生较大影响，因此电子报纸在集成多媒体文件时要注意合理使用。

电子报纸版面设计的融合创新

电子报纸设计由纸质报纸演变而来，如何保证版面的整体性是需要注意的一个方面，在享受电子报纸的便捷之余，媒体从业者应该从传统报纸的阅读方式中找到设计灵感，不被固化的形式或者媒介局限。

1.探索和增强电子报纸版面的个性化

纵观目前比较受欢迎的电子报纸，在版式的设计上并没有明显的区别于旁人的独特个性，版面语言中细微的差别在传统报纸媒介能够明显的被受众感知到，但是对于以快节奏为特点的电子报纸来说，在版面设计上细小的差别，并不能体现出独特的个性。这就需要电子报纸在版式设计上，综合运用多种表现手法，强调创新和艺术性，打造自己独特的个性。

2.致力于满足不同群体受众的需求

报纸作为传统大众传媒，应该在各个流程中注重传统认识层面的传达，比如完成基本的新闻传达、信息输出、不同板块内容的明确分区等，但是当下电子媒介对于读者的接受程度考虑很少。尤其对于特殊人群、老年人群体的关注及少，而他们是一个不可忽视的部分。建立在符合特定人群的需求之上的设计才能启发、感化读者。

（作者单位：江西现代职业技术学院）

作者简介：杨彧（1982-），男，江西修水人，硕士，讲师，研究方向：艺术设计；

工艺管道三维数字化设计研究 篇4

山东电力工程咨询院有限公司 (以下简称“山东院”) 采用AVEVA PDMS三维数字化设计平台, 通过大量的基础性积累, 形成自有的企业级三维数据库。在顺利升级PDMS三维数字化设计平台的基础上, 走通三维接口集成工具, 实现了工艺管道计算、提资、实际坡度布置、保温、实体支吊架等三维数字化设计。本文基于山东院的经验, 对工艺管道的三维数字化设计进行研究探讨。

1、工艺管道三维数字化设计技术

山东院在构建标准化元件库的基础上, 集成CaesarII、PipeNet、Glif应力分析软件, 通过程序开发将计算软件所需数据与三维管道模型属性相匹配, 将计算结果返回PDMS用于荷载提资及支吊架设计。同时集成工艺管道提资工具, 使用三维实体的模型元件表示预埋件、荷载、孔洞位置, 直接在三维的环境下实现了资料传递。另外工艺管道按实际坡度布置、添加保温层及实体支吊架, 改变了以往三维设计中管道布置过于理想化的模式, 使三维模型与现场施工趋于一致, 实现“无差错设计、无碰撞施工、无缝隙移交”。

2、工艺管道三维数字化设计过程

2.1 三维数字化设计的程序化

鉴于三维数字化设计对模型精细度和信息完整性的要求, 编制了《三维数字化设计作业程序》, 对三维数字化设计中各岗位职责、工作流程、工作节点等进行规定, 规范了三维数字化设计过程, 保证了三维数字化设计质量。

2.2 系统图绘制

编码是数字化数据关联的纽带, 数据之间的关联查询需要编码的支撑, 因此在系统图绘制之前对工艺管道编码进行整体规划, 并采用AVEVA VPE P&ID系统绘制系统图, 添加管道的编码、温度、压力等属性, 以及阀门的编码、型号等属性, 既可以在数字化发布平台中与三维模型进行数据关联, 也可以从系统图中批量抽取带有阀门编码、型号等信息的阀门清册, 保证了数据的完整性和可靠性。下图为VPE P&ID绘制的开式循环水系统图 (图1) :

2.3 三维数字化模型

根据数据分类规划及数据关联的要求, 应对模型的数据结构层次进行规范的划分。采用工艺管道三维数字化设计技术进行计算、提资、实际坡度布置、保温、实体支吊架等设计, 达到三维数字化设计深度和精度的要求。同时, 工艺管道模型的属性设置应满足数字化要求, 下表为三维模型中PIPE层的属性设置:

2.4 数据关联

完成三维设计后, 三维模型与设计图纸、文档转换成数字化发布平台所需的数据格式, 再进行数字化的数据关联, 包括:建立三维模型与设计图纸、文档、编码对照表, 并利用转换工具生成关联文件, 完成三维模型与二维数据资料的有效关联;VPE P&ID系统绘制的系统图与三维模型中的管道、阀门进行关联, 使用户获取管道、阀门的相关位置及在系统中的用途。下图为三维模型关联的效果 (图2、图3) :

3、结语

工艺管道的三维数字化设计不仅能够提高设计效率和质量, 还可为电厂的建设、安装、运行提供强有力的支持:在电厂施工、安装、调试阶段可以对复杂部件进行模拟安装;在电厂运行阶段可以与电厂数据库链接, 为电厂其他管理运行系统提供必要的属性和可视化信息;也可以作为培训员工的手段, 提高培训水平。因此, 对工艺管道进行三维数字化设计, 为打造数字化和智能化的电厂创造了有利的条件。

参考文献

数字化艺术设计研究 篇5

内容提要：粮食储藏是国家为防备战争、荒灾以及其他突发性事件而采取的有效措施。粮食是人类生存的必需品，储存大量的粮食对稳定国民经济的发展起到至关重要的作用。利用RFID、计算机网络、传感器网络、车载网络、自动检侧等现代技术，设计出现代化的智慧粮库系统，从而实现中储粮总公司、分公司和直属库对原粮安全储藏和运输的层层监管与控制的目的。一，前言

俗话说:民以食为天.粮食是国家的战略物资和应急物质，安全地储存粮食是保证国家安全和稳定的重要基础.粮食的宏观调控是维护国家粮食安全的主要手段，而粮库是粮食宏观调控的基础，因此，粮库的智能化控制和精准管理是实现安全高效储粮的关键.一个健全的智慧粮食系统可以为国家节约粮食，同时可全的情况下，减少人力和物力的投人.智慧粮库系统的设计按照总体设计、分步实施的原则进行.二．系统架构设计

智慧粮库系统总体上分为3个层面、两个系统，即:在直属库、分公司、总公司3个层面，建设智能粮库系统(原粮)、粮食远程监管平台两个系统.在直属库层面，建设智能粮库系统，包括智能出人库系统、智能储藏保管系统、智能安防系统、粮库业务管理系统;分公司和总公司层面主要建设粮食远程实时监管系统，其中总公司监管分公司及其所属直属库，分公司监管各直属库及其代储库点.智慧粮仓系统架构如图1所示.其内容由4部分组成:

智慧粮仓系统框架 图1 1）是业务管理信息系统，包含经营管理、仓储管理、质量检验、查询统计、质量追溯、远程监管等6个单元;2）是以各种传感器为基础的数字化“4合1”仓储技术集成，包含数字粮情检测报告系统、数字机械通风自控系统、数字熏蒸浓度预警系统、数控低温储粮系统等4个单元;3）是以射频识别(RFID)技术和智能视频分析技术为基础的库区自动化作业及调度管理，包含报港/退港、自动扦样、地磅自动称重、出人仓作业、安全生产监管作业区域警示及其他作业控制等6个单元;4）是远程视频监管，包含储备粮实物监管、库区安防、视频会议等3个单元.三．系统功能设计 该系统从功能上包括远程监控系统、出人库管理系统、智能通风系统、智能气调系统、自动虫害检测系统、烘干水分在线控制系统、粮库智能安防系统、粮库业务管理系统和智能决策系统以及管理员管理系统等.3.1粮食实时远程监管系统

通过各个硬件厂家作统一接日，采集直属库粮情数据，统一采集接日，统一粮情数据转换格式，统一上传粮情数据，并建设粮情测控远程监管数据中心，以实现分公司对直属库粮情数据的分级管理、远程集中监管的目的.各级管理部门都能查询所属库点的粮情状况，分公司能及时获得各级承储库的粮情信息.同时建立分公司粮情历史数据库，为科学储粮提供数据支持及决策依据.3.2智能出入库系统

针对目前粮食出人库作业效率低，缺乏监管的现状，使用RFID技术和计算机网络技术，自动读取作业信息，自动进人粮库业务管理系统，使得粮食出人库作业流程和环节清晰可见，使得粮食实物流和粮库业务管理系统中的信息流保持高度一致，三账合一，为精细化管理提供良好的基础.智能出人库系统中，综合使用RFID、传感器、智能图像识别等技术，建立快速登记系统、自动扦样系统、快速化验系统、自动称重系统、出人仓确认系统，自动采集粮库作业数据，保证粮库出人库数量信息的准确性.在这些数据的基础上，通过管理信息系统实现粮库实物流、资金流和信息流的统一 3.3智能粮食仓储业务系统

智能粮食仓储业务系统通过传感器网络等物联网技术，远程实时检测粮食温度、湿度、霉变、氮气、压力等情况，构建不同的智能控制系统，实现低温生态储粮、降低储粮能耗和安全生产事故.比如:感知粮食的温度、湿度及霉变情况等，并通过相应的自动气调系统，实现智能调节，减少虫害污染.通过感知到粮仓内粮食数量的变化，实现空仓实时监测.3.3.1智能通风系统

根据仓内外温湿度传感器检测的结果，远程自动控制轴流风机、自动仓窗、离心风机、谷物冷却机、水源热泵通风设备等进行排积热通风、降温通风、降水通风，有效降低通风能耗及成本，提高通风效率和准确度.该系统是一种信号检测、传输与执行机构的控制系统.传输系统是采用数字编码技术和双向通讯传输技术，整个系统能双向通讯，即上位机与智能通风控制系统互相通讯.根据粮库特点在电脑机房安装计算机和无线模块，各个仓库设有控制辅柜，控制辅柜进行检测粮仓内外温湿度、风速和雨量，采集后传输给上位机，上位机对传输来的数据进行分析判断，发送指令给控制辅柜，控制辅柜控制相应的执行机构，从而实现智能通风.在该系统中，一台主机可以控制多台控制辅柜.3.3.2智能气调系统

自动气调管理通过对粮情变化情况的智能化分析，结合粮食储备过程中的质量检测情况，通过氮气储粮等方式控制粮情变化，改善粮食储备的生态环境，减少虫害的产生和减缓粮食质量的变化，以更稳定的方式进行粮食储藏.通过智能化的决策分析，产生科学合理的智能化气调方案，使粮食存储环境更加优良和稳定，提升粮食存储质量，保证粮食品质.智能化气调管理应用的研究为粮食储藏提供了更好、更科学的存储管理办法，通过与信息技术的融合，以智能化的方式改善粮食存储的生态环境.该系统具有对气调仓进行氮气浓度自动检测并保存、仓房气密性检测、设备发生故障时自动提示报警(系统可进行电脑屏幕提示报警、通过移动电话、手机短信向值班人员报警)，并显示发生故障的设备位置，便于查找检修，还可以通过移动电话、手机短信向值班人员报告充氮工作进程或使用手机对系统进行远程遥控等功能.3.3.3自动虫害检侧系统

基于虫害传感器以及智能图像视频分析技术，自动实时监控仓储粮食虫情数量、种类等情况.具体实现方法是当害虫进人诱捕器后，控制选通器分别选通不同区域的诱捕器，利用负压原理，从诱捕器中将害虫无损害地取出，通过智能图像视频分析害虫的种类，通过光电式传感器采集害虫的数量，从而对整个粮仓的害虫分布以及害虫未来的发展趋势进行准确的预测并提出准确的防治措施或建议，减少因虫害造成粮食损失，确保储粮安全.3.3.4烘干在线水分控制系统

系统通过传感器检测到热风温度、进出粮的水分和温度、烘干塔排粮速度，根据不同粮食品种的烘干控制模型，对变频器发出信号，控制排粮轮的转速从而控制排粮速度，控制出粮的水分含量，降低烘干能耗.由于大量的粮食要流过水分检测传感器，水分感应器应该采用不锈钢材质，与常规台式检测仪相比，使用寿命长，调试更简便.3.4粮库智能安防系统

粮库安防系统主要包括视频监控、防盗报警、门禁管理、数字巡更、短信报警等子系统，利用RFID ,智能视频分析等技术，在作业人员进人仓内时，通过巡检系统或视频侦测分析系统，自动在屏幕上分析出作业人员的实际位置，并在地图上可以展示仓内人员的当前位置，如果配备上相应的移动设备，通过右键菜单即可查询作业人员信息，当前正在执行任务的工作情况，查看现场人员的反馈信息，并可与现场人员进行消息互动，下达新的工作任务等，对粮库违反操作规程、危险源、火灾、非法人侵等现象将自动提示或报警，将安全事故控制在萌芽状态.3.5粮库业务管理系统

粮库业务管理系统为粮库的经营管理、质量管理、粮食出人库、仓储保管等提供信息化支持，实现粮食购销计划、合同执行、品质检验、仓储保管、作业调度、药品监管等功能的计算机管理.粮库三维可视化管理系统:对粮库的办公楼、平房仓、地磅房等进行三维建模，构建与粮库实际场景完全相同的三维可视化虚拟粮库.用户可以通过在虚拟场景里漫游、拖动等方式查看各平房仓的实际仓储情况、出人库记录、粮情、通风记录、熏蒸记录等，可以点击办公室查看各科室正在办理的业务数据、统计报表等;用户还可以点击虚拟场景中的摄像头，实时查看摄像头的监控画面.3.6智能决策系统

该系统主要有粮情预警、智能通风、粮库应急预案管理、粮库布点规划和应急粮源调度等决策功能.粮情预警:该系统分为害虫预警、空仓预警、高温预警等3个模块;在三维模式实时展现粮堆的温度场、湿度场等储粮的生态环境指标，动态展示粮堆生态系统的发展和变化情况的基础上，研究粮堆环境和粮食品质可视化仿真技术，构建粮堆生态仿真系统模型，以预测储粮质量变化趋势;根据仿真运行结果，结合专家诊断系统，对粮堆实施干预预警措施，保证储粮质量安全.智能通风:该系统可自动根据历史资料建立粮温预测模型，并自动根据最新资料对原有模型进行修正等功能.智能通风系统为用户提供一个通风设备的远程控制操作平台，能够根据粮食品种、气象条件、粮情信息和通风目的进行通风方式的辅助决策.智能通风自动检测通风过程中的粮情状态，提供降温通风、降水通风、调质通风和排热换气通风等多种通风模式的辅助决策，根据用户预设好的通风粮情条件，自动判断是否执行和终止通风.从而实现通风设备和设施的智能控制，提高通风效率和精度，降低通风管理成本.粮库应急预案管理:将预先制定的灾害(自然灾害、火情等)应急预案录人系统，当灾害发生时，根据灾害类别、级别等信息，调出相应的应急预案，以图文并茂的形式进行展现，便于应急处置.粮库布点规划:通过分析某地区的产量，现有库容，粮库位置、交通等参数，给出粮库布点规划方案建议.应急粮源调度:在发生自然灾害或其他灾害时，给出灾害位置，显示出灾害地周边粮源情况，主要包括库存、品种、交通等情况，给出粮源调度建议方案.粮库温湿度控制图 四．结束语

数字化艺术设计研究 篇6

关键词：汽车；协同设计；数字化

中图分类号： TH122 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）04-0010-05

Research and Application of Collaborative Digital Design and

Manufacture for Automobile Industry

HU Wei-ming

（Dongfeng Yunnan Automobile Co.，Ltd. Kunming 650106，China）

Abstract： To improve the ability to response of market，the network manufacturing mode must be adopted to research on the great system engineering about automobile. And the road should go along，which is to combine the multi—enterprises to exert advantage of them，and to share the resource and experience about products development when they are in co-researching . Therefore，it is meaningful to research into other places design，manufacturing，management and Collaborative work. collaborative digital design and manufacturing is the inevilable trend of the automobile industry in the future.

Key words： automobile；collaborative design；digital.

随着信息技术和网络技术的飞速发展，汽车制造业生存和发展的外部环境发生了重大变化——客户对产品的价格、交货期、质量、环保、售后服务的要求越来越高，社会需求日益多样化、个性化。这就要求汽车制造业建立一种按市场驱动的、具有快速反应机制的网络化制造模式。该制造模式是以数字化、柔性化、敏捷化为基本特征，而柔性化和敏捷化的前提是数字化。目前国内许多汽车生产企业在其设计阶段采用了数字化产品开发技术，但仍不能满足市场对各类汽车的旺盛需求，因此必须采用网络化制造模式，走多企业联合研制的道路，充分发挥各企业的优势，共享产品开发的资源和经验。

1 协同设计的基本概念

1.1 协同设计的产生背景

20世纪80年代以来，随着市场竞争的不断加剧，人们纷纷寻找新技术、新方法来改进自己的产品开发模式，出现了CIMS、精益生产、并行工程、敏捷制造和虚拟设计等涉及技术、企业管理体制的新概念，使企业组织管理、任务分配、工作协调、信息交流等方式发生了根本的变化。

与此同时，计算机应用也逐步从单用户工作模式向分布式的多用户协作模式过渡，人机交互理论逐渐成熟，出现了“计算机支持的协同工作”（Computer Supported Cooperative Work，CSCW）的概念。CSCW是美国MIT的Irene Greif和原DEC公司的Paul Cashman于1984年提出的，它将计算机科学、社会学、心理学、认知科学、人机工程学等多个学科综合于一体，形成了一个新兴而重要的研究和应用领域。

自CSCW概念提出后，其研究及应用价值引起了全世界专家和学者的兴趣，许多人投入到CSCW的研究之中。尤其是互联网的出现，使CSCW在通信、分布式系统、数据库系统、并行工程、多媒体信息处理、人机界面等方面取得了一系列突破性成果，协作的发展也完成了从简单到复杂、从支持工作组级的小规模协作到跨机构的、全球范围内的大规模协作过程，人们成功地开发出基于网络的会议系统、电子邮件系统、工作流管理系统等。在此背景下，CAD与CSCW技术相融合的产物——计算机支持下的协同设计CSCD（Computer Supported Cooperative Design，CSCD）应运而生。

1.2 协同设计的定义

CSCD是指在计算机的支持下，各异地协作成员围绕一个共同的项目，承担相应部分的设计任务，并行交互地进行设计工作，最终得到符合要求的设计结果的设计方法。协同设计的目的是为了实现不同领域、不同层次人员对信息和资源的共享，协调处理各种耦合、冲突和竞争，完成跨领域、跨时空的协作，以满足变化多端的市场需求。它通过对复杂产品设计过程的重组，建模优化，建立协同设计开发流程，并利用CAD/CAM/CAPP、PDM、虚拟设计等集成技术与工具，系统地进行产品开发。它不但可以体现面向用户的设计、面向制造的设计、面向装配的设计等现代设计技术，而且还可体现现代管理技术。

协同设计的概念主要反映在设计信息的“并行”共享，即设计者能在“适当”的时候，采用“适当”的方法，在“适当”的地方，以“适当”的形式，存取“适当”的设计信息。这里强调五个“适当”是因为协同行为发生在不同地点和不同时间。CSCD中协同的含义可以从以下几个方面来理解。

（1）产品设计信息的协同

在协同设计时，各设计者在使用同一产品信息模型的过程中，由于同一信息源在不同设计环境中描述不尽相同，不同的设计群体出于各自的需要，对信息的使用也存在着差别。因此，存在着不同设计者之间设计信息的协同。

（2）设计过程的协同

多个领域的设计者在共同完成一项复杂设计任务的过程中所承担完成的子任务之间存在着一定的关联，它们可能是前后串行依赖关系，也可能是并行独立关系，还可能是交叉耦合关系。可见，设计者所承担的子任务间存在的关联性决定了设计活动必须按照一定顺序协调一致地完成，这样才可以避免设计者因对时序控制不好而造成的过程冲突。

（3）设计人员之间的协同

协同设计采用的是群组工作方式，产品设计是通过不同领域专业人员的相互配合完成的，这就不可避免地需要解决两个方面的问题：一是不同领域人员之间的配合与协同问题；二是同一领域不同层次设计人员之间的配合与协同问题。另外，在大型复杂产品的设计中，一位设计人员可以承担多个工作——在某个任务中担任设计员或在另一个任务中担任审核员，这对设计人员之间的协同就更为复杂。所以，一般的系统将设计人员授予一定的角色，通过对角色的控制来实现设计人员之间的协同。

（4）设计环境的协同

协同设计是不同部门、不同企业之间的设计活动，不同企业的设计环境存在差别，并且随着设计进程的推进而不断变化着，对异构环境下设计者之间的通信必须就设计者之间对知识理解与表达方式的转换进行协调。由于不同设计者使用的设计工具不一定相同：有的设计者使用PRO/E软件，有的使用IDEAS软件，有的使用Ansys软件。各软件设计结果的显示方式不同，需要提供这些设计工具的协同交互组件。所以，异构设计环境的集成是协同设计系统的一个重要内容。

（5）工作模式上的协同交互

协同设计工作模式大致可以分为面对面同步交互、异步交互、同步分布式交互和异步分布式交互四种类型。面对面同步交互是指设计人员通过CSCD系统在同时间、同地点进行设计的工作模式，如召开决策会议时，采用并发控制策略以保证多个专家访问同一个设计对象的过程中，数据完整且一致；异步交互是指在不同时间、同一地点异步交互的工作模式，如Team Work成员使用的公告栏，是一种非实时交互类型；同步分布式交互是指在同一时间、不同地点的工作模式，如共享CAD、视频会议系统；异步分布式交互是指在不同时间、不同地点的工作模式，如Team Work成员使用的E-Mail、分布式数据库等。四种类型中，同步分布式交互模式实现的难度最大。

1.3 协同设计的模式

随着并行设计的发展，人们发现对复杂产品的设计，采用并行方式解决问题还不够，需要从更高层次上协调处理并行过程中棘手的各种耦合、冲突和竞争，实现各领域、各小组人员对信息和资源的共享，以群体协同工作为主的协同设计是并行设计向前发展的必然结果。协同设计使不同地点、不同领域的人员以及客户能同步或异步地进行产品开发，充分利用网络共享信息，靠集体智慧来进行决策。它强调信息共享，各阶段可以同时进行工作，概念设计人员甚至可以在市场调查人员完成任务之前就开始他们的任务。为了保证数据模型的一致性和安全性，协同设计必须建立一个统一的信息模型。在所有设计完成之前，各阶段生成的数据是不完整的，而通过协同设计，数据通过统一的信息模型进行共享，可以得到及时的修改和交互操作。

协同设计流程见图1，图中各模块之间的信息可以随时交互。协同工作小组在前阶段工作小组完成任务之前就可以利用对方已做的工作和传递来的信息开始工作，相关工作小组之间的信息传输与传递是持续的。设计工作每完成一部分，就将结果输出给相关过程，设计工作逐步完善。工作小组不再有输入需求时，设计工作也就完成了。由于协同设计对网络和相关支持工具集成化程度的利用较并行工程更充分，所以其完成产品设计时间也较并行工程少。

2 汽车产品协同数字化设计系统的主要内涵

2.1 汽车产品协同数字化设计系统的功能需求

（1）满足客户个性化需求

在激烈的市场竞争中，人们对产品的要求越来越高，除功能、质量和价格外，还要求考虑产品的外观、耐用性等其他因素。满足客户的个性需求己成为现代企业的经营宗旨，许多企业尝试利用网络为客户提供可以定制不同类型、不同型号的汽车产品，并且尽可能提供产品开发者与客户动态交流的窗口，以使设计人员随时了解客户的个性化需求，快速开发出多功能、多样化的汽车产品。

（2）实现设计制造的数字化

随着人们对产品精度要求的提高，数字化设计制造技术逐渐成为改造传统产业、实现技术创新和产业升级的有力手段。在汽车产品开发过程中，需要吸收数字化技术并采用数字化装置，通过计算机对汽车产品设计制造过程进行有效地控制，重点突破汽车产品数字化定义、数字化预装配和产品数据管理，以实现真正完全无图纸的汽车产品数字化设计和虚拟制造。

（3）实现设计制造的网络化

网络技术的迅速发展，使企业可以通过互联网，针对世界上任何地域的用户定单组成动态联盟，利用各种分布的、异构的设计与制造资源，进行异地设计与制造。为了实现汽车产品的协同设计，必须借助网络技术，构建CAD、CAE、CAPP和CAM等的网络环境，提供网络通讯与资源共享的工具。

（4）协同工作的需求

汽车产品可以分解为若干功能模块，这些模块又可以分别划分给不同的设计团队，团队之间经常需要交流和协作。就同一模块的设计而言，当CAX人员并行工作时，他们相互之间也需要频繁地交流和协作。不同团队、不同人员之间协同工作的效率决定了汽车产品开发的质量和速度。为了提高协作效率，需要协调好协同设计过程中的各种耦合、冲突和竞争，建立一个协同机制，有效地实现项目管理、任务规划、进度监控、冲突检测与消解等管理工作。

（5）面向产品全生命周期的需求

汽车产品种类繁多，为了满足客户的需求，必须在产品开发初期全面考虑市场需求、设计、制造、销售、维护服务、回收再用等产品全生命周期各阶段施加的设计约束。然后建立面向汽车产品全生命周期的、统一的、具有可扩充性和能表达不完整信息的产品模型，研制相应的CAX/DFX封装组件，力求汽车产品全生命周期中所有相关因素在产品设计阶段就能得到综合规划和优化，以达到设计“一次成功”，避免和减少在设计后期发现错误而导致的返工。

（6）数据交互与共享的需求

在汽车产品开发过程中，涉及到大量的设计数据、分析数据、制造数据等，这些数据彼此关联且动态变化，为了处理异质异构的数据与三维图形，必须研究基于网络的汽车产品数据交互与共享的机制，以保证设计数据的正确。

2.2 汽车产品协同数字化设计系统的工作流程

汽车产品协同数字化设计系统的工作流程见图2。

客户、盟主、盟员可以通过登录网页，在动态网页的指导下，完成相应的工作。针对某项具体的汽车产品设计任务，盟主在分析客户需求、接受客户任务后，进行任务规划：将设计任务分解，并发布投标信息；根据合作伙伴的投标情况，组建设计联盟，确定盟员。盟员中的设计负责人主要进行任务投标、任务分解与发布、设计授权、设计审核/批准、任务协调等关键性负责工作；盟员中的设计人员主要接受和完成分配到的子任务，对重要零部件进行设计，还可以请求CAE、CAPP盟员等其他多领域人员的帮助，共同完成设计工作。对于CAD设计中内部存在的问题，CAD盟员设计负责人可以召开内部会议进行裁决，对于自身无法解决、需要其他盟员评判的问题，可以请求盟主召开联合会议共同裁定。

3 结语

协同设计以及协同理论等方面的研究，在汽车行业上的应用处于起步阶段，对有关的多项关键技术进行探索和研究，包括异地协同数字化设计和制造技术、虚拟产品开发技术、异地产品数据管理技术、异地协同工作技术等，对汽车行业多企业联合进行汽车研制和异地联合生产模式具有重要意义。

参考文献：

［1］ 龙晓苑. 数字化艺术［M］. 北京： 北京大学出版社，2000.

数字化动画角色造型设计研究 篇7

关键词：数字化,角色造型设计,艺术特征

一、动画角色造型设计对于数字技术的引用

动画中的角色造型设计是动画作品表达主题思想的主要载体, 角色造型承担了表演、表达故事主题的使命。角色造型设计师通过角色造型设计将动画作品的内涵和审美观念转化为可视的物化形象, 角色造型设计可以是写实具象、参考自然的, 亦可以是写意抽象、超脱自然的。恰当的角色造型设计可以使受众在观赏的过程中产生审美想象与审美联想, 并且通过角色造型设计来理解作品的深层主题和内在涵义。角色造型设计是动画作品的重要组成部分, 它是一部动画作品成功与否的首要衡量因素。动画作品必须要有生动的角色形象, 动画片中具有生命力和艺术感染力的角色造型设计是动画作品的关键。很多耳熟能详的动画角色形象带给我们难以忘却的美好记忆, 它具有其他艺术形式不可替代的创新性特征、独特性特征和艺术审美性特征, 是动画艺术特有的表达方式和价值体现。

数字技术应用于动画, 是以计算机科学技术进步为前提的, 它借助于计算机科学的进步, 进行存储、运算、加工、传送、还原的技术。当动画角色造型设计师将数字技术引入动画领域后, 动画的角色造型设计方式也发生了巨变。数字角色形象设计师不再受限于创作材料、创作形式的限制, 数字技术可以将角色造型师的创新思维最大化地展现, 角色设计可以是具象写实, 也可以是抽象虚拟的;可以是存在于现实世界的, 也可以是超脱客观世界的。通过思维创新, 借助于计算机技术, 将原本很难实现的造型设计转化为可视的造型。

二、数字化动画角色造型设计的特征

从动画诞生之日起至今日的蓬勃发展已逾百年。每一部成功的作品总有一些精彩的角色造型设计让观众难以忘怀, 总是由这些精彩的角色造型设计向我们讲述着故事的主题。处于数字时代的背景下动画角色有哪些特征呢?

(一) 数字角色造型设计的技术特征

当动画角色造型设计引用了数字技术后, 带来了极大的便捷性。在计算机介入动画设计之前, 设计师只能用徒手绘制的方式或者通过泥塑稿来呈现角色造型设计, 效率低、受限于材料属性, 不便于反复修改, 电脑诞生以后运用数字技术进行创作, 扩展了表现空间, 丰富了创作形态, 使创作的角色形象更加饱满。使观众更好的理解该角色的个性特征。数字化应用于角色造型设计, 在一定程度上丰富了艺术的表现形式。动画师大大提高了创作效率, 由此可见数字技术的对于动画角色造型的巨大作用。

(二) 数字角色造型设计的艺术特征

数字动画角色造型设计的目的就是最大限度地表现作品的艺术表现性, 将原本受限于材料属性、表现样式等因素而难以实现的角色形象转化为可能。数字时代动画的最大特点就是能够创造一个虚拟的数字角色造型世界, 表现现实生活中无法满足的视觉形象。数字动画角色造型比起其他任何艺术形式都要更加充分、自由、更具想象力。数字角色设计具有高度的超现实性、假定性、新颖性、想象性与创造性。角色可以完全不局限于客观世界, 不受时空限制, 角色设计师可以自由地、不受约束地制造出虚幻、奇妙、诡异、震撼人心的视觉形象, 使得数字时代动画角色形象的艺术性特征得以更加充分地表现。

(三) 数字动画角色造型技术与艺术相结合特征

动画是一门独特的艺术表现形式, 技术进步扩展了动画的艺术表现性, 造型设计师的新颖创意与构思也迫切需要新技术、新形势去展现, 这也成为推动动画制作技术进步的主要因素之一。从艺术发展的历程看, 科学生产力的进步总是推动艺术形式不断更新与发展, 艺术的表现形式也随着科学技术生产力而发生改变。艺术形式的创新与技术的进步如影随形, 几乎每一种新形式的产生都是以某种新技术为基础的。数字艺术要体现出审美特点, 必须依托于一定的数字艺术形象。就数字艺术的艺术形象而言, 它的表现形式是借助于数字技术的发展, 数字技术的发展水平往往决定数字艺术的发展状况, 但是数字艺术表现的最终目的还是艺术形式的表现, 是技术与艺术共同作用的成果。因此, 数字化角色造型设计具有“技术和艺术完美结合的特征”。

三、数字技术对动画角色形象设计的影响

数字技术对动画角色造型设计产生的影响, 具体表现在以下几个方面:

(一) 数字技术提升动画角色造型设计的便捷性

数字技术的诞生促进了动画创作革新性的发展。数字化时代更为便捷、自由、不受约束的创作方式大大地提高了角色造型设计的效率;数字动画的角色形象采用了数字化的储存形式, 可以反复利用, 同时还便于网络传输与共享, 方便动画造型设计师进行行业间的交流等。

(二) 数字技术支撑数字角色造型设计的生存空间

数字动画角色形象的设计依赖于数字虚拟的数字空间, 数字角色形象的传播依赖于数字网络平台。总之, 数字角色形象的生存离不开数字图像技术的支撑。这是数字角色形象与其他方式塑造的角色形象最主要的不同之处。从手绘草图到数码图像的扫描采集, 从二维数字图像绘制到虚拟三维空间形象的创建, 从静态数字图像到动画数字影像。从单一的角色形象到声音与画面互动形式, 数字动画角色形象的发展与数字图像技术的发展密不可分。

(三) 虚拟现实技术使数字角色造型设计更具生命力

数字角色形象设计不仅体现了数字图像生成技术的特点, 同时也体现了数字图像传播技术的革新。当数字角色造型运用于虚拟现实环境中, 虚拟现实技术赋予了数字角色形象新的活力和生命力, 使角色形象更为形象生动。通过受众与数字角色的交互, 增强了受众身临其境的融入感和人机互动的趣味性, 体现了虚拟现实的实质特征。数字技术与数字网络传播技术的进步为数字角色造型设计带来了更为广阔的发展空间, 对观众的审美和娱乐消费都产生了巨大的影响。

四、总结

动画角色形象设计借助于计算机科学技术的发展, 取得了革新性的突破, 它具有便捷高效、创作自由、形式新颖、可以轻松建立庞大的数字化素材库等一系列鲜明的优点, 并且数字化角色形象的传播领域更加广阔。动画角色形象设计运用现代的数字技术将更能体现出艺术与技术相互交融的视觉可视形象。数字化动画角色形象设计方式是数字时代发展的产物, 提升了角色造型的艺术价值和商业价值, 更好地丰富了艺术的表现形式, 并且满足了大众的生活娱乐需求。

参考文献

[1]周宗凯.动漫角色设计[M].重庆:西南师范大学出版社, 2009.

[2]廖祥忠.数字艺术论[M].北京:中国广播电视出版社, 2006.

[3]沈巾力.数字角色形象设计[M].重庆:西南师范大学出版社, 2009

[4]李立.传播艺术与艺术传播[M].北京:中国传媒大学出版社, 2009.

[5]于朕.动漫人物设计[M].上海:上海人民美术出版社, 2009

数字化工艺平台设计方法研究 篇8

对一个产品而言, 如果用百分比来划分, 设计阶段占20~30%, 生产阶段占20~30%, 而工艺阶段则要达到40~60%, 可见工艺能力对企业生存的重要性。随着计算机技术的发展和应用, 很多制造企业在产品开发阶段引入了CAD/CAE/CAM等系统, 在制造上采用了机器人、数控机床、自动生产线等设备, 在生产管理上使用MES/ERP/PLM等软件, 使企业的产品开发能力和生产能力有了极大的提高。但与之相对应的工艺部门的发展不平衡, 由此产生的瓶颈效应, 极大地限制了企业的效能, 耗费许多的时间, 产生许多的费用。

为提高工艺工作的水平和效率, 充分利用“数字样机”的三维数据, 实现在三维基础上的工艺规划, 并对零件的加工过程、产品的装配过程、生产的规划进行模拟并验证。数字化工艺平台提供了这样一个环境, 它是在计算机中模拟完成一个产品的整个制造工程, 使其在实际生产前得到验证, 并将得到的结果数字化, 生成用于MES/ERP等生产系统需要的图纸、指令、清单、报表等, 以完成产品的加工、采购、装配, 得到最终的产品。

2 数字化工艺平台系统功能框架

整个工艺流程以数字化工艺平台为核心, 配合其他软件共同完成。工艺平台从上层的SAP系统取得设计数据, 包括EBOM信息等, 在设计系统中获得零件和产品实体设计模型等;在工艺平台中进行制造BOM生成, 工艺方案以及工艺路线的总体规划;再将工艺路线导入仿真模块中, 在三维环境下进行详细的加工工艺编制;在此基础上对其进行装配仿真验证、焊接工艺仿真、机加工工艺仿真和人机仿真分析, 通过工艺平台及构建好的资源库, 通过对其仿真结果进行分析, 看是否符合安装过程的可达性、是否发生了干涉等情况, 以便在实际生产过程中能够找到最优的解决办法, 把生产遇到的问题在前期准备阶段进行排除。在验证阶段可以通过NC仿真和人机仿真取得实时在线加工数据, 包括加工时间, 以及负载状况的检测来进行调整, 以达到最优的目的, 最终将这些数据输出到SAP中用于指导现场生产。

2.1 制造BOM生成

三维模型中每个零组件工程属性信息包括图号、名称、材料、重量、设计人员、连接的文档等, 模型之间的层次关系由结构树来表示。整合目前已有的产品及资源3D数据, 将设计EBOM信息和三维产品数据导入工艺平台系统中, 工艺人员根据生产规则对这些EBOM进行重新整合, 从而生成MBOM信息, 当设计BOM发生变化时, 系统会自动提示出那些部件发生了变化, 起到提示工艺人员对相关的MBOM信息进行更改, 避免发生重复或漏掉的情况。

2.2 工艺路线设计

对生成的MBOM通过交互的方式对筛选零部件编制工艺路线、进行工艺分工, 把相应资源库中的资源和MBOM分配给该工艺路线, 通过仿真模块对其进行装配仿真等一系列操作, 来检查工艺路线设定是否合理, 通过各种检测符合生产要求的话就生成制定的工艺文件来指导现场声场。

2.3 仿真验证

2.3.1 装配仿真

仿真验证是用户以交互式方式操作产品三维模型, 利用产品、资源的形状特性在仿真环境里真实地模拟装配过程, 用于实物装配前分析产品的装配特性, 验证工艺设计的合理性, 通过发现问题不断地优化工艺方案。

2.3.2 数字加工仿真

虚拟的切削加工过程的仿真, 可以模拟包括加工设备 (机床) 、辅助设备 (换刀机构) 在内的机加全过程的仿真。进而分析数控加工代码的可行性、保证数控加工的质量。

2.3.3 焊接工艺环节

焊接工艺是制造过程最为重要的工艺领域之一。通过焊接工艺制造过程将离散的钣金件和冲压件焊接成为整个车体框架, 通过对于整个车体数以千计的焊点 (焊缝) 的管理, 实现整车的完整焊接。工艺平台焊接解决方案是将整个完整的机车焊接工艺设计融为一体化的设计环境, 将涉及完整机车焊接工艺设计流程的前期焊接工艺流程规划、细焊接工艺设计、详细资源规划、资源设备编程4个主要步骤集成到一个统一的设计环境之中。

2.3.4 物流仿真

物流作为企业的一个重要环节, 在产品制造过程中起着至关重要的作用。工艺平台包含针对企业物流过程的数字化解决方案, 可以对生产系统进行建模、仿真和优化, 分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链, 提高企业的生产效率。并通过扩展分析工具、统计数据和图表来评估不同的解决方案, 并在生产计划的早期阶段做出迅速而可靠的决策。

2.4 工艺文件输出

通过对各项数据进行虚拟仿真操作后, 验证可适用性、可操作性、可达性、干涉检测、碰撞检测后, 导出文艺文件用于指导车间生产。

3 结束语

数字化制造带来了更加便利和快捷的生产手段, 大大缩短了产品的交付周期, 最大限度地降低了成本, 提高了产品质量, 使我国的制造行业中呈现出了崭新的面貌。

摘要：数字化工艺平台是企业管理信息系统的重要组成部分, 它是以工艺为核心, 建立产品数据、资源数据和工艺结构, 并将三者有效地关联在一起, 实现工艺方案的评估、各种数据的统计计算、装配工艺结果的输出等;并提供工艺细节规划和验证应用的虚拟环境, 以产品、工装的三维模型结合已设计好的工艺流程进行数字化装配过程的仿真验证。

关键词：数字化,工艺平台,仿真

参考文献

[1]邱元柱, 尹德山.依托工艺信息化提升制造业水平[J].聚焦制造业, 2006 (04) .

数字化艺术设计研究 篇9

1 船舶企业造船现状

目前, 船舶的制造方式和设计形式趋于多样化, 使船舶制造企业之间的竞争变得更加激烈。为了能在市场竞争中占据优势, 船舶制造技术人员在不断改进船舶的制造方法, 引入了数字化造船技术, 实现了高精度造船, 保障了船舶的质量和安全性, 提高了造船效率, 缩短了船舶制造周期, 提高了企业的竞争力。

以往, 我国的船舶制造行业多采用船舶设计师手工画出船舶模型设计图的方式, 该方式的难度非常大, 对设计师的专业水准要求极高, 很容易产生误差, 需要设计师反复计算和修改, 导致船舶设计周期延长, 进而使船舶制造的成本加大。为了改善这一局面, 我国引入了先进的数字化造船技术, 提高了船舶设计效率, 降低了船舶设计成本, 提升了船舶制造的精确度。

2 数字化造船

利用数字化设计软件进行的数字化造船工程主要包括数字化船舶设计、数字化船舶制造和数字化船舶管理三个部分。其中, 数字化船舶设计阶段是数字化造船工程的基础和核心。

2.1 数字化船舶型线设计

船舶设计者在进行船舶外形的设计时, 为了实现快速设计的目的, 往往结合目前的具体要求条件对已有的同类型的船舶模型进行改造, 但这种设计方式对原有的船舶模型太过依赖, 难以实现船舶设计本质上的创新。如果利用传统的确定型点的设计方法设计全新的船舶模型, 则设计的计算过程过于复杂, 不利于船舶设计效率的提高。基于这种情况, 为了实现船舶型线设计的高效和创新, 船舶设计工作人员提出了参数化型线的设计方法。参数化型线设计过程是指将船舶的各种设计要求作为约束条件, 将船舶的船体形变量作为优化目标, 并根据船舶的设计参数列出优化方程的求解过程。

相比于传统的船舶设计方法, 利用能量优化参数化型线设计方法进行船舶的型线设计, 省去了设计数据计算的复杂过程, 只需要将船舶设计的相关约束要求转换成对应的船舶参数, 并将其输入计算机设计软件中, 通过计算机系统计算, 即可完成船舶型线的大体设计。这种设计方式提高了船舶型线的设计效率, 缩短了船舶的设计周期。除此之外, 能量优化参数化型线设计方法能更好地实现船舶设计的创新性, 使设计出的新型船舶能更好地符合船舶生产制造行业的需求, 并满足船舶购买商的高要求。

2.2 数字化船舶分舱设计

数字化主船体分舱工作是船舶设计工作中的重要组成部分, 主船体分舱工作是对船体功能的空间划分, 从而为后续的船体设计和性能计算打下基础。在船舶制造初期, 船舶制造人员多会利用从船体底部向上逐一生成舱室的船舶分舱方式。由于船体舱室的划分工作复杂, 需要大量的计算工作和大量的工作人员通过手动完成, 所以, 这种分舱方式不仅会造成船舶设计工作的周期延长, 还会导致船舶设计的经济成本提高。为了解决这些问题, 船舶设计工作人员提出了一种全新的船舶分舱方法——自顶部向下的参数化分舱方法。参数化分舱方法利用内壳折点和船舱位置参数生成分舱理论面, 将分舱要求与船舱的几何模型相结合, 利用分舱理论面对船舱进行分割, 并使用非流型造型技术自动生成分舱舱室。

下面通过成品油船舱室的具体划分实例说明自顶部向下的参数化分舱方法。一般而言, 成品油船舱室的划分包括12个货油舱和2个污油舱, 其划分流程为:明确船舱分仓的要求, 建立约束条件系统, 将船舶模型中不同种类理论面的参数输入, 即可生成分舱的不同种类理论面, 利用非流型造型及其集合运算, 即可得出船舶的分舱模型, 并根据船舶的具体运作要求, 对分舱模型进行一定的修改和调整, 最终获得分舱模型。

3 分段测量数据的匹配工作

3.1 分段测量数据进行匹配的重要性

船舶制造行业之间的竞争日益激烈, 为了在竞争中占据优势, 船舶制造企业不仅要完善船舶生产技术, 提高船舶的生产效率, 以降低船舶的生产成本, 还要走上精度生产的道路。事实上, 在船舶生产制造的过程中, 如果船舶构件尺寸与焊接精度不符, 则重新返厂的工作量会达到船舶焊接总工作量的30%左右, 这极大地增加了船舶工程的周期和制造成本。因此, 想要从根本上缩短船舶制造周期, 保障船舶制造的精度, 进行分段测量数据匹配是必要的。

3.2 船体分段测量点和自动匹配方法

数据测量匹配过程分为粗匹配和精匹配。其中, 在船舶的分段设计制作过程中, 由于船舶的摆放位置不同, 测量的点集坐标数据差值会变大, 所以, 匹配数据时可利用欧拉原理, 通过粗匹配将点集间的平移差距和旋转差距缩小, 再将粗匹配后得到的测量点集与船舶设计中的点集进行匹配。由于误差总是存在的, 所以, 点集间的匹配无法完全吻合, 需要进一步通过精匹配, 将点集之间的匹配结果达到最优, 从而实现船舶的高精度制造。

4 结束语

通过数字化设计船舶线型和分舱构造, 可有效提高船舶设计的效率。利用分段测量数据匹配的方法可缩短船舶建造周期, 降低船舶建造成本, 实现高精度造船, 从而推动我国船舶制造行业的快速发展。

摘要：近年来, 随着科学技术的快速发展, 我国的船舶事业在飞速发展, 船舶设计也趋向多样化和复杂化。为了更好地适应造船业的快速发展, 满足船东的需求, 船舶企业引入了数字化船舶设计技术, 并采纳了分段测量数据匹配方法完善精度造船。

关键词：船舶制造,数字化设计,分段测量,快速设计

参考文献

[1]管官.主船体数字化设计与分段测量数据匹配方法研究[D].大连:大连理工大学, 2013.

[2]张殿桢.船体超大型总段快速测量技术研究[D].大连:大连理工大学, 2009.

数字化艺术设计研究 篇10

超音频脉冲方波变极性TIG焊接工艺是近年来发展起来的一种优质高效的焊接技术, 用于高强铝合金材料的焊接加工时, 对消除焊缝气孔缺陷、提高焊接性能等方面有显著效果[1,2,3]。然而, 在该焊接工艺中, 需要调节的电流特征参数以及需要监控的状态参数比较多, 采用传统的数码管或是单色液晶屏配合按键的形式来实现人机交互功能, 不仅操作不便, 而且难以满足某些特定焊接场合的使用要求, 严重制约了数字化焊接电源自动化程度的提高。因此, 在该焊接电源上开发功能更加强大且更友好的人机交互系统, 对该新型焊接技术的推广应用尤为重要。

触摸屏作为新一代数字化人机交互界面的出现, 提高了人机交互功能的便捷程度, 将其用作焊接电源的操作界面, 可以方便地调节焊机参数, 并且能实时监控焊机运行状态, 具有操作简单、界面美观易懂的特点。此外, 采用触摸屏实现人机交互, 微处理器只需要使用少量I/O端口即可实现与触摸屏之间的数据传输, 可以节省微处理器的I/O资源, 使系统硬件设计得到简化。

本研究以高性能微处理器为控制核心, 选用支持Modbus协议的触摸屏为主要交互方式, 实现焊接电源的数字化人机交互系统。

1 Modbus协议介绍

Modbus协议是一种有效支持控制器之间以及控制器经由网络 (如以太网) 与其他设备之间进行通信的协议[4,5,6]。控制器通信使用主从技术, 仅有主设备能初始化传输, 从设备则根据主设备提供的传输数据做出相应响应。

标准Modbus网络有两种数据传输模式, 即ASCII模式和RTU模式。当采用ASCII模式传输数据时, 每个8 bit字节均需转化为2个8 bit的ASCII码字符, 而在RTU模式中则仅需转换为一个字节的二进制码。因此, 相同的波特率下RTU模式较ASCII模式具有更高的数据传输效率, 故该设计采用RTU模式实现触摸屏与处理器之间的Modbus通讯协议。

RTU模式下消息帧的结构如表1所示。每字节数据按有效位先低后高从左至右的顺序发送[7]。

2 人机交互系统硬件设计

2.1 控制器选择

超音频脉冲变极性方波TIG焊接电源的主电路组成以及焊接工作本身的强电磁干扰特性, 决定了人机交互系统在运行中尤其是引弧期间会处于恶劣电磁干扰环境, 因此系统必须选用抗干扰能力强的处理器作为控制核心。

考虑到该焊接电源中处理器还须实现USB存储、双机通讯等其他辅助功能, 为简化硬件设计, 本研究选用由美国微芯公司生产的PIC系列16位高性能微处理器PIC24FJ256GB106, 该处理器自带USB功能且具有极强抗干扰能力。此外, 该系列处理器所独有的引脚配置功能, 使得其相对于其他系列处理器而言, 在I/O使用方面极具灵活性[8,9,10]。

2.2 触摸屏选型及接口电路设计

考虑到图形显示和数据处理功能的需要, 并兼顾触摸屏的抗干扰能力要求, 最终本研究选用广泛应用于各种工业场合的台湾威纶通科技有限公司生产的10英寸MT6100I触摸屏。该触摸屏采用隔离电源供电, 并支持RS232和RS485两种通讯接口。由于焊接电源所处的工业环境较为复杂, 为提高系统抗干扰能力, 增强通讯可靠性, 本研究选用RS-485接口完成单片机与触摸屏的通讯。

触摸屏与处理器之间的接口电路如图1所示。

RXD和TXD为处理器的串行通讯所用收发引脚, 由于RS-485采用半双工工作方式, 处理器须提供使能信号SCIEN对收发状态加以控制。为提高系统稳定性, 处理器串行端口和控制端口均须通过6N137光耦隔离, 然后送至MAX485芯片输入端, 以达到将TTL电平转换为485电平的目的。RS485总线上两个输出端分别接上拉电阻和下拉电阻, 并且在输出端之间接匹配电阻, 使干扰信号很难产生串行通讯的起始信号“0”, 增强了总线的抗干扰能力[11]。

3 系统软件设计

系统软件设计部分主要包含两方面内容, 即HMI人机交互界面设计以及Modbus协议在微处理器中的软件实现。

3.1 HMI人机界面设计

为满足实际焊接场合自动化焊接需要, 要求设计出包含系统主界面、焊接工艺选择、焊接参数设定、焊接状态显示及故障报警等人机界面, 该设计采用威纶通触摸屏配套提供的HMI人机界面设计组态软件Easy Builder8000来实现上述功能。该组态软件图形功能强大且简单易用, 并提供了丰富多样的功能元件供用户自由组合, 用户可根据自己需求, 方便快捷地创建出直观的屏幕画面, 完成人机交互界面的设计。

由于Modbus协议采用主从通讯模式在处理器与触摸屏之间交换数据, 须根据实际应用情况设置触摸屏的主从属性。在该人机交互系统中, 微处理器作为主站, 触摸屏设为从站响应处理器操作, 利用组态软件设计人机界面时需要在工程属性中把HMI设置为Modbus SERVER模式。

3.2 Modbus协议的软件实现

利用触摸屏进行参数设置或状态显示时, 处理器与触摸屏之间数据传输按照RS-485串行总线方式进行, 并且遵循Modbus协议, 因此处理器对触摸屏进行读写操作时, 须按照所选择的RTU模式数据结构构建消息队列, 消息队列的最后两个字节依次为校验生成的低8位字节和高8位字节, 校验方法采用纠错性能强的循环冗余检验码CRC算法[12]。在MPLAB编译环境下, 本研究利用C语言实现构建消息队列对寄存器写入长度为两字节整型数据的部分代码如下:

上述代码中ConstructRtu Frame () 函数实现CRC校验字节的生成, 采用基于查表的CRC校验算法实现, 以满足高速通信的需要。

通过触摸屏设置焊接电流参数大小时, 处理器要读取用户通过触摸屏输入的参数值, 应通过功能码为“03”的读取保持寄存器操作来实现。

处理器作为主站对触摸屏相应寄存器进行读取操作, 其程序流程图如图2所示。

4 人机交互系统应用

本研究基于上述硬件设计方案和软件设计思路开发出数字化人机交互系统, 并将其用于超音频脉冲方波TIG焊接电源的实际焊接过程。在焊机电源系统上电以后, 通过触摸屏操作界面, 系统可进行焊接工艺选择, 并对引弧电流以及正常工作电流等参数进行设置;也可以通过输入焊接材料类型和试样尺寸等基本信息后, 由人机交互系统查询存储的焊接工艺参数后实现参数自动给定。参数设定完毕以后, 即可锁定焊接参数, 按下引弧按钮开始焊接过程, 焊接过程中状态参数可通过触摸屏状态显示界面实时监控。

实际应用中的焊接参数设置主界面如图3所示。

焊接过程中若需即时调节电流特征参数大小, 可通过调节旋钮或触摸屏进行调节。无论是在引弧期间还是在焊接进行过程中, 该人机交互系统均能可靠工作。

5 结束语

本研究将触摸屏作为焊机上人机交互的主要实现方式, 辅以其它交互模式, 可以很方便地实现各种焊接参数的输入设定和调节, 并且能实时显示焊机运行状态参数。

在该数字化焊机上进行的大量焊接试验表明, 所设计的人机交互界面操作简单便捷, 系统运行稳定可靠, 且抗干扰性能强, 在焊接及相关领域具有较好的使用价值。

参考文献

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[8]于春磊, 吴凤军, 高大庆, 等.基于单片机的重离子医用治疗装置数字电源监控系统设计[J].核电子学与探测技术, 2013, 33 (11) :1338-1341.

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数字化艺术设计研究 篇11

关键词：数字化；模型输出；实验室建设

1 数字化模型输出实验室建设的现实意义

现今，大力发展文化创意产业已经成为社会各界的共识。浙江省文化产业发展“十三五”规划指出：把发展文化创意和设计服务作为助推高端制造业发展的重要突破口，增强文化创意与设计服务对相关产业的渗透提升和带动能力，推动实现从“浙江制造”向“浙江创造”转变。艺术类高校作为复合型、创意型人才输出的重要基地，改进教学培养模式，进一步提高学生的综合素质势在必行。实验室作为学生的第二课堂，在融合理论与实践方面有着不可取代的重要作用。如何建设真正满足学生需求、解决理论教学痛点的实验室是迫在眉睫的议题，本文以中国美术学院这些年对数字化模型输出实验室的建设实践为基础，结合作者多年实验教学的经验，从多个方面对实验室建设进行研究分析。

2 数字化模型输出实验室的硬件建设

由于艺术类高校学生创作实现材料的多样性，决定了数字化模型输出实验室建设过程中设备选型的丰富性，不能以一种加工工艺或者一类加工设备来建立实验室。结合多年的实验室一线教学的具体实践经验，我们认为建立实验室群更能适合学生的实验需求和创作落地。根据学生培养目标的要求，我们持续构建了工作站实验室、精雕实验室、激光实验室、三维打印实验室、三维扫描实验室、综合实验室等六大实验室有机组合的数字化模型输出实验室群，以群的形式破解艺术类高校师生的海量创意落地难的痛点、以群的强大现代科技支撑服务好艺术类学生的实验教学。

各个实验室单独来看，设备型号有所区别，加工能力各有侧重。但是在整体上是有机结合、相互补充的实验室群，这个群应该有这样的共性：采用矢量化的建模软件进行数字化建模，然后对模型进行分析解构，对应不同材料、不同的结合方式采用不同的数字化加工手段进行加工制作，根据加工过程中出现的不同状况，在专业实验老师的指导下，及时调整制作材料和工艺，最后达到创意变成实物的过程。

硬件建设分为两部分：场地的选择及规划、设备的选型及搭配。

2.1 場地的规划和选择

场地的规划要考虑加工材料的类别特性及水、电、气的配套和分布，特别需要注意的是供电要考虑负荷，要请专业的电气工程师结合使用的设备型号帮助计算负荷，如不满足，要及时改造供电线路，不能等设备入场后才开始动工[1]。整体的规划要有前瞻性，兼顾考虑设备的增减及更新换代。每个实验室在空间整体上规划出设备置放区、设备操作区、公共通道区、独立工作区等几部分来规范学生的使用。不同加工设备的实验室还要有所侧重：如激光切割实验室要注意废气的无毒害处理及排放、精雕实验室要注意各种材料粉尘的收集及处理、三维打印实验室要特别注意保持空间温度和湿度的恒定。

2.2 设备的选型及搭配

设备的选型要根据学生的实际需求，要充分考虑加工材料多样性，材料可总体归类为这五大类：木质材料、塑料材料、金属材料、有机材料和无机材料。木质材料包括：实木板材、人造板等；塑料材料包括：PVC、有机玻璃、ABS等；金属材料包括：铜、铝、不锈钢等；有机材料包括：纸、布、皮、革等；无机材料包括：石膏、玻璃等。如何对这五大类材料进行数字化加工，显然不是一类设备所能够胜任的，经过广泛的市场调研和考察，我们选择了以下设备：精雕机（数控机床）、激光切割机、等离子切割机、三维扫描仪、三维打印机、uv打印机等数字化的现代加工设备。不同设备的加工能力有所侧重，精雕机（数控机床）通过小刀具高度旋切和精密进给，可以对木质材料、塑料材料、金属材料以及石膏等无机材料实现雕刻和铣削的高精度加工；激光切割机利用高功率密度的激光束，作用于材料表面，使其吸收激光能量而发生熔化、气化，达到切断材料的目的，根据激光管的类型和功率大小，可以切割纸、布、皮、革、有机玻璃、不锈钢板材等材料；等离子切割是利用高温等离子电弧产生的热量使工件切口处局部瞬间熔化或蒸发，并借助高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法，可以加工铜板、铝板和不锈钢板。三维打印是一种增材制造技术，对数字模型进行空间分层，最后以不同的平面加工技术，对所有数据切片逐层“打印”继而垒积实现整体造型，[2]所用材料必须与设备相匹配，有ABS、PLA、光敏树脂和粉末等。UV打印利用免制版全彩色数码印刷技术，可以在木质材料、塑料材料、金属材料等表面进行彩色照片级印刷。以上这些现代数字化设备有机组合、相互补位、取长补短，形成具有强大加工能力的数字化模型输出实验室，满足大部分学生的实验需求。

在数字化模型输出实验室群块中，各个实验室的设备配备如下，工作站实验室：配备高性能的电脑、投影设备；精雕实验室：配备三轴为主，五轴为辅的精雕设备，在设备加工尺寸上，大中小的型号配备比例为1∶2∶4；激光实验室：配备金属激光切割机、非金属激光切割机和激光打标机；三维打印实验室：配备全彩粉末三维打印机、光敏树脂三维打印机、PLA及ABS桌面机；三维扫描实验室：配备固定式三维扫描仪和手持式三维扫描仪。综合实验室：除了配备以上实验室的单件设备外，加上等离子切割机和uv打印机。

实践证明，这样的实验室布局及设备配备，有利于学生根据加工材料的特性迅速找到相应的实验室进行创作。

3 数字化模型输出实验室的软件建设

实验室的硬件建设完成后，软件建设就尤为重要。实验室软件建设分为：规章制度的确立、实验指导老师队伍的建设、实验教学课程建设、构建学研产一体的开放式教学平台。

3.1 规章制度的确立

实验室软件建设的第一要务就是规章制度的制定并执行。古人云：没有规矩，不成方圆。结合数字化模型输出实验室的实际情况，制定相匹配的规章制度。具体来说，首先是安全制度，保障师生的安全是最重要的，学生进入实验室前，必须进行安全制度的培训，培训完成后，进行相应的测试，测试合格后，才有资格进入实验室。进入实验室后，有专业的实验室老师对学生进行每一种设备的安全培训，让学生了解每种设备的危险点：比如精雕机工作状态时，刀具每秒15000转的速度，具有强大的切削能力，禁止触碰；激光切割机、等离子切割机在切割材料时产生极高亮度的光束，禁止直视。其次是实验设备使用制度：所有设备使用前，一定要进行使用培训，并不是所有设备都能让学生操作，一些设备规定只有实验室老师才能操作使用。其他如实验室使用预约制度、实验室设备维护保养制度等要相应配套。一系列制度的确立并严格执行，是为了保障学生的安全，为实验的顺利进行保驾护航。

3.2 实验室指导老师队伍的建设

设备是基础，实验室老师是关键。实验室指导老师的水平直接影响设备的使用效率和最终成品的效果，结合学校招聘规则，构建以老带新，以新为中坚力量的实验室师资队伍模式。在我们实验室既有硕士文凭的实验师，也有社会上招聘的具有多年设备实操经验的技工，还有专业的实验室管理人员。实验师学历高，课本理论知识扎实，实际操作经验较少。技工普遍学历不高，但是实践经验丰富，操作能力强。在实际的实验教学过程中，以老带新，技工向年轻老师传授实践经验，年轻老师将经验归纳总结，形成系统知识，方便传授学生。

在岗位晋升发展方面，完善实验室一线教师的评聘体系，打开上升通道，鼓励其不断发展，确保实验室师资队伍的良性发展和稳定性。

3.3 实验教学课程建设

为了让学生尽快掌握数字化模型输出实验室的使用方法，我们编写了相应的课程，课程名称为《材料特性和数字化加工工艺》，通过理论学习、软件学习、实际操作练习这三部分的训练来完成这个课程的学习。理论学习内容方面：了解不同材料的装饰特性和加工特性；软件学习内容方面：平面软件如ai、cad、CorelDRAW，三维软件如3dmax、犀牛、Pro/Engineer等，熟练掌握一到两款软件；实际操作内容包括：各种设备的启动，控制及加工的性能。

在理论学习教学方法上：开设全校范围的专业选修课和专业必修课，采用大课堂ppt演示教学；对于软件的教学：由于按照各个软件操作顺序和合理使用对应命令是学习的关键点，因此我们采用课堂实例讲解加屏幕视频录制方法进行授课，课堂上保证学生的听课效率，随堂练习并解答，课后学生可随时上网浏览课堂讲解内容，定点复习及时消除知识盲点；在实际操作教学方面：采用现代多媒体手段辅助教学，在不同设备的操作演示过程中，多机位录制现场视频，经过剪辑后每个视屏时间控制在3 ～ 4分钟，在这个时间段里包含一到两个操作要点和注意事项，制作好后放在网上及微信群中，可供学生利用碎片化时间进行预习和复习、进一步加深理解。

3.4 构建学研产一体的开放式教学平台

在实际的教学过程中，建设学校、研究所、产业合作互补的模式。近几年数字化模型制作技术发展迅速，设备功能越来越完善，在市场前沿的研究所及产业力量的加入，能进一步完善和提高高校实验室的综合实力，给予学生更好的学习体验。通过定期邀请行业专家及一线高级工程师进校开展工作坊形式的短期课程的教学，进行头脑风暴，激发学生的创造力，进一步提高其实践能力。

4 结语

在20世纪初，包豪斯在“技术与美学统一”教学理念指引下对“实验教学”进行了深入的研究，我们认为這不仅是停留在历史观的层面而是面向现在与未来的，如今已经有越来越多的艺术类高校认识到艺术设计教育中“艺术与技术的统一”、“理论教学与实验教学的统一”这两大规律的重要性[3]。因此，根据各个艺术类高校的实际情况，建设适合自身发展需求的数字化模型输出实验室，通过一系列实验室规章制度的设置、深化实验实践中总结的配套课程、组建兼具理论知识与实际操作能力的教学队伍、构建学研产一体的开放式教学平台，让现代的数字化设备为学生创意服务，努力把学生培养成为“心手合一”的创意人才，是艺术类高校的职责所在，也是这个时代的大势所趋。

参考文献：

[1]李娟.高校设计艺术实验室建设与管理研究[J].实验科学与技术，2014，12（6）：208.

[2]徐锋.三维打印技术研究[J].机械制造与自动化，2015，44（1）：98-101.

数字化艺术设计研究 篇12

视频监控系统具备事前吓阻、现场监控、事后佐证等主要功能, 又由于平安城市、平安校园的需要, 正在高速发展中, 目前应用已经渗入到社会生活的各个领域。从发展的历程来看, 视频监控系统经历了三个阶段, 第一代视频监视系统指的是以VCR为代表的传统CCTV监控系统。但维护工作繁琐、无法进行远程访问、无法与其他安防系统 (如门禁、周界防护等) 有效集成、录像质量将会随着时间的推移下降, 存储和转存带不变等, 目前已经很少见。第二代以DVR为代表的视频监视系统出现在上世纪90年代中期视频监视市场上。虽然DVR可以将模拟的视频信号进行数字化, 并存储在电脑硬盘而不是盒式录像带上, 但DVR与模拟摄像机的连接仍是同轴线缆而非网络接口, 无法和成熟的以太网很好融合, 目前已建监控系统多为第二代, 或是在第一代的基础上的平滑升级到第二代。第三代系统指定就是目前正在蓬勃发展的智能网络视频监控, 有时也称为IP视频监控系统。针对在网络环境下使用而设计的, 可以通过网络中的任何一台电脑来观看、录制和管理实时的视频信息。第三代视频监控系统是完全数字化的系统, 它基于标准的TCP/IP协议, 能够通过以太网传输, 布控区域大大超过了前两代系统;它采用开放式架构, 可与门禁、报警、巡更、语音、MIS等系统无缝集成;它基于嵌入式技术, 性能稳定, 无需专人管理;它灵活性大大提高, 并且向前可以做到完全兼容, 可维护性大大增强, 管理成本大大降低, 目前新建视频监控系统多为第三代。

2. 校园视频监控系统的特点和我校监控系统选择

校园内楼宇众多, 人员密集, 需要大量的前端设备监控校内的楼宇、道路和公共场所, 校园安防系统监控点通常达到数百个, 特别是有不同校区的校园。校园内包含许多重要部门和财产高度集中的场所:财务处、一卡通服务中心、网络中心、图书馆、实训基地等, 这些场所都需要365天全天候不间断的安全保障。

由于工程费用总额较大, 因此在校园安防监控系统设计之初就需要考虑系统的“生命周期”的费用, 应降低长期运行成本。由于校园视频监控系统使用前端设备的数量大、线缆距离远, 故障点随之增加, 单靠人工管理大范围分布的大量视频前端设备, 维护难度较大, 且存在点数随时增加的可能性, 在选择设备时应尽量采用技术先进、应用广泛的知名品牌, 重视系统的兼容性和扩展性。

目前第三代智能网络视频监控技术比较成熟, 其存在的优点也为我校技术人员所认同, 经费也能得到有效保障。综合以上各种因素, 我校选择第三代智能网络视频监控技术。并为此成立了以技术、后勤、学工、保卫等人员为主的项目组, 专门负责设备招标、施工和监督。

3. 我校网络视频监控的设计与实施

3.1 学校特点

学校占地200余亩, 建筑面积10万平方米, 在校学生6000余人, 南北狭长, 有东门和南门两个入口, 南北一个主要通道。校园整体布局是在旧校舍的基础上, 功能重新分区, 其中, 校园东南部为教学区, 中部和中北部为实训基地和图书馆, 西北部为生活服务区, 东北部为体育活动区, 其中东部临山, 南面临路, 西部临路且有小区存在, 北面也是临路和小区。学校以高职为主, 兼招中职学生, 部分学生的自律能力较差。

3.2 需求分析

对于“平安校园”的创建, 一定要加强人防和技防。校园暴力和一些意外伤害事件的频繁发生让家长和学校防不胜防, 也为青少年的健康成长带来了不和谐音符。如何建立一套有效的安全防范系统, 杜绝校园内的安全隐患, 成为了家长和学校急待解决的问题。而且家长和学校之间的及时沟通和互动, 也是家校双方在处理突发事件, 以及对学生日常情况及时掌握的一项必备手段。

3.3 设计与实施

3.3.1 针对我校的情况, 采用的智能网络视频监控设计方案要注意以下设计原则

(1) 、南北狭长, 功能分区, 采取分片建网与集中管理相结合。

在我校安防监控系统中, 在财经商贸实训基地二楼设置主控中心, 按学校功能分区, 将学校划分五大区域, 每区域相当于建设一个局域网, 通过交换机集中后再通过光纤传输到主制中心, 从主控中心设置三个工作站, 分别放在校长办公室、保卫处办公室、学生工作处。在五大局域网中有网络摄像机和交换机, 而NAS存储服务器, 万兆核心交换机、解码器、电视墙等均在主控中心。前端设备出现故障时, 不会影响任何设备的正常运转, 各局域网及主控中心会正常运行, 同时CMS并对有问题的监控做出反应。分控中心可以独立工作, 也不影响整体监控系统的运行。

(2) 、重点区域以对射为主, 尤其宿舍走廊和围墙的重点。

对于学校来说, 有些区域属于打架滋事的易发场所, 有些属于盗窃的易发场所, 有些区域属于爬墙外出的易发地段。学校要保护学生的人身、财产安全, 在重点区域采取两个摄像机对射, 减少或消除盲点, 能够有效地进行事前吓阻、现场监控、事后佐证。

(3) 、线缆以地埋为主, 极少部分架空。

我校属于在老校区的基础上不断改造、扩建而形成的优美校园, 但没有做到整体划一、功能分区设置合理, 各种管道和沟渠不能完全形成连线, 这为智能网络视频的控的施工带来较大困难。即使如此, 也要求以地埋为主, 工程前商议多次确定了架空线路。

(4) 、面临山林的围墙较高, 周界防护的有效阻吓可能会摔伤学生。

周界防护目前多采用电子栅栏, 分为高压和低压。即使低压, 也为700V左右, 有较强烈的过电感, 但采用的是脉冲电压, 持续时间一般为0.1秒, 间隔时间为1秒。脉冲最大能量一般为5焦耳, 脉冲最大电量一般1库仑。由此可见, 其能量很小, 不会伤人, 仅给予入侵者较难受的警告, 动摇其攀越围栏的能力与动机, 达到了安全阻吓目的。另外报警可设置延时1-5秒, 会把大量误报过滤到, 不会产生误报。但我校的围墙过高, 电击有效阻吓后, 有可以导致摔伤, 因此不建议安装电子栅栏。

3.3.2 设计方案

依据以上四个原则, 通过保卫处、学工处、后勤处的联合需要分析后, 使用智能网络视频监控系统, 下面将讲述其工作原理、工程图和设备清单。

(1) 智能网络视频监控网络设计

前端设备网络摄像机 (简称IPC) 进行录相直接为数字信息, 通过传输设备进入主控室后, 直接存储在NAS服务器的同时通过解码器输出到电视墙。存储空间的计算公式为:存储空间=通道数*码流*保存日期 (要注意由秒转换成天) 。本工程中, 共有监控点225个, 智能网络视频系统码流最大为2M, 要求影像留存30天, 则:

存储空间为:225*2/8*60*60*24*30/1024/1024=140TB (2为IPC的码流约为2Mb/s) , 需24盘位NAS存储服务器 (每盘位为2T) :140T/2T/24=3个。

网络带宽的计算公式为:8口交换机最高为8*2=16, 100M交换机即可满足要求, 225个监控, 按分片集中, 最多的监控点为88个, 88*2=176, 千兆交换机即可满足要求, 主控中心存储225点, 回放按225路来计算, 所需带宽为 (225+225) *2=900, 按照冗余设计的原则, 千兆交换机已不成满足要求, 故主控中心需要1台万兆交换机。

智能网络视频监控示意图如图1所示:

(2) 我校智能网络监控的工程施工

根据我校楼宇分布和功能分区, 将校区分个五个片区分别独立组网, 摄像头独立供电, 监控点汇聚情况如图2所示:

4. 结束语:

本文在阐述视频监控技术的发展历程的同时扼要介绍模拟视频监控、数字视频监控、智能网络视频监控的主要特点。依据监控技术的发展趋势, 校园安防监控系统的需求特点、设计理念、方案筛选等方面进行了论述, 从而从应用和成本的角度出发帮助我校选择适合学校实际的校园监控建设方案。主要工程实例是以徐州财经高等职业技术学校为蓝本设计实用, 扩展、维护方便的的数字化网络监控校园方案, 希望对其他学校有所借鉴作用。

摘要：近年来, 危害校园安全、侵害学生、学校权益的案件时有发生, 职业学校的内部安全管理仅仅靠人防是远远不够的, 校园安全已经成为一个社会高度关注的热点话题。在过去的几年中, 安防技术不断发展, 尤其是校园安防的发展尤为迅速, 越来越多的学校从原始的人防、物防, 逐渐意识到技防的重要性和必要性。越来越多的学校开始采用视频监控校园, 保卫部门根据视频实时了解校园安全状况和事后调查取证, 极大了威慑了违反校纪以及犯罪活动分子, 保卫了一方校园安全。

关键词：安防网络视频监控,IPC,NVR,解码器

参考文献

[1]吴刚校园安防监控系统的构建与创新分析《中国高新技术企业》2009-11, 第12-13页

[2]吴卫吴琼基于校园网的数字视频监控系统《硅谷》2009-23, 第29和50页