盛曉茜，高羨明，周　強，楊　驊，王　勉

(西安交通大學(xué) 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室，陜西 西安 710049)

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產(chǎn)品創(chuàng)新服務(wù)平臺的開發(fā)與實現(xiàn)

盛曉茜，高羨明，周強，楊驊，王勉

(西安交通大學(xué) 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室，陜西 西安 710049)

摘要：為了有效支撐科技型中小企業(yè)新產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)，滿足客戶對產(chǎn)品開發(fā)能力與開發(fā)資源的需求，研究可支撐新產(chǎn)品快速開發(fā)與資源信息化的創(chuàng)新服務(wù)平臺.重點探討創(chuàng)新服務(wù)平臺的基礎(chǔ)架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，以及在線3D打印、設(shè)計資源庫、眾包設(shè)計等功能模塊的實現(xiàn)等問題.已投入商業(yè)運營的平臺，提高了長三角區(qū)域集群式中小企業(yè)的新產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)能力，促進了區(qū)域制造業(yè)與信息化的融合.

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品創(chuàng)新；在線3D打??；設(shè)計資源庫；眾包設(shè)計

目前，產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)正朝著數(shù)字化、模塊化、參數(shù)化、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化方向發(fā)展.設(shè)計與制造企業(yè)需要合理地利用網(wǎng)絡(luò)化、集成化的信息管理系統(tǒng)，有效地組織、管理及重用企業(yè)內(nèi)部及外部的設(shè)計制造資源.

制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的群體性協(xié)作和區(qū)域企業(yè)集群式發(fā)展是當(dāng)今制造業(yè)發(fā)展的重要模式.大部分企業(yè)對設(shè)計資源的組織、管理和重用局限于企業(yè)內(nèi)部，缺乏大范圍的工程數(shù)據(jù)傳遞和信息共享，不利于復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計鏈中各企業(yè)的協(xié)同，以及產(chǎn)品創(chuàng)新能力的提升.因此，需要通過網(wǎng)絡(luò)化來優(yōu)化配置設(shè)計資源，使得科技型中小企業(yè)融入產(chǎn)業(yè)鏈，共同完成復(fù)雜產(chǎn)品的快速設(shè)計和創(chuàng)新.

網(wǎng)絡(luò)化制造作為在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟情況下產(chǎn)生并得到廣泛應(yīng)用的先進制造模式，由于它的合理性、可行性和新興性，相關(guān)研究正在全球迅速興起.美國國防部于1995年提出“制造系統(tǒng)的敏捷基礎(chǔ)設(shè)施”項目[1]，為用戶提供各種有助于虛擬企業(yè)形成和運作的服務(wù).意大利、西班牙、希臘等國家開發(fā)的歐洲中小企業(yè)網(wǎng)，設(shè)計和建立了一個開放平臺來支持中小企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)環(huán)境下制造機械零部件和產(chǎn)品[2].加拿大的NetMan研究項目[3]，開發(fā)了一個支持敏捷制造網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)，為有關(guān)企業(yè)提供了一個網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)和協(xié)同業(yè)務(wù)框架.

我國從1999年開始,將網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)在行業(yè)的應(yīng)用示范作為“九五”國家重點科技攻關(guān)計劃，國家863計劃CIMS主題專家組也有計劃地部署了一系列相關(guān)課題.華中理工大學(xué)楊叔子院士提出了 “分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)”的總體構(gòu)想[4].西安交通大學(xué)汪應(yīng)洛院士提出了精簡、靈捷、柔性生產(chǎn)系統(tǒng)模式[5].西安交通大學(xué)盧秉恒院士提出了快速響應(yīng)制造并應(yīng)用于模具制造中[6].香港理工大學(xué)的李榮彬教授[7]和同濟大學(xué)的張曙教授[8]提出了分散網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)系統(tǒng)的構(gòu)思.重慶大學(xué)劉飛教授提出了區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)概念[9].上海交通大學(xué)嚴(yán)雋琪教授提出了敏捷制造網(wǎng)絡(luò)化工程的實施建議[10].清華大學(xué)范玉順教授從總體技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)、集成技術(shù)和應(yīng)用實施技術(shù)四個層面對網(wǎng)絡(luò)化制造的關(guān)鍵技術(shù)進行了辨識[11].西安交通大學(xué)江平宇教授對面向擴展企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化制造集成平臺進行了研究[12].

相關(guān)研究以新產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)，針對科技型中小企業(yè)新產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)過程的開發(fā)能力與開發(fā)資源需求，研究基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，將產(chǎn)品設(shè)計鏈中各企業(yè)內(nèi)外部的設(shè)計知識等資源合理有效地集成管理起來，開發(fā)支撐新產(chǎn)品快速開發(fā)能力與資源的信息化服務(wù)平臺.通過系統(tǒng)平臺的開發(fā)及應(yīng)用，達(dá)到促進產(chǎn)品快速設(shè)計、提升產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計能力和協(xié)同設(shè)計水平的目的，進而提升制造企業(yè)的核心競爭力.

1產(chǎn)品創(chuàng)新服務(wù)平臺軟件系統(tǒng)的開發(fā)

1.1軟件系統(tǒng)的開發(fā)基礎(chǔ)

1.1.1NET平臺下的三維CAD 系統(tǒng)二次開發(fā)技術(shù)

.NET框架(Framework)是.NET平臺的重要組成部分，是用于構(gòu)建、開發(fā)以及運行Web Service和Web 應(yīng)用程序的公共環(huán)境.Web產(chǎn)品創(chuàng)新系統(tǒng)開發(fā)，主要利用ASP.NET技術(shù)進行Web程序開發(fā)來實現(xiàn)系統(tǒng)的各個功能；使用ADO.NET來連接數(shù)據(jù)庫并實現(xiàn)數(shù)據(jù)搜索、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)備份等操作，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；實現(xiàn)多個三維CAD 系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的編程接口.

1.1.2AJAX——Web2.0技術(shù)

Web2.0技術(shù)是依據(jù)AJAX異步通信技術(shù)、開放API、內(nèi)容協(xié)同、P2P傳輸?shù)燃夹g(shù)實現(xiàn)的新一代互聯(lián)網(wǎng)模式.AJAX技術(shù)主要應(yīng)用在三維模型無刷新瀏覽與智能搜索中，實現(xiàn)頁面小范圍內(nèi)數(shù)據(jù)更新，提高程序反應(yīng)速度，為用戶提供交互性更好的Web應(yīng)用程序.

1.1.3Web3D技術(shù)

Web3D技術(shù)主要應(yīng)用于零件三維CAD模型在網(wǎng)頁上的顯示，用戶只需安裝相應(yīng)的瀏覽器插件即可實現(xiàn)在頁面中瀏覽零件的三維模型，并能進行一定的交互操作.

1.2軟件系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)軟件系統(tǒng)基于ASP.NET的邏輯結(jié)構(gòu)體系如圖1所示.

圖1　基于ASP.NET的軟件系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

2產(chǎn)品創(chuàng)新服務(wù)平臺軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)

云創(chuàng)3D是針對中小企業(yè)用戶產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)的能力與資源服務(wù)平臺，主要包括服務(wù)商業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、客戶任務(wù)管理系統(tǒng)、產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)服務(wù)詢價報價系統(tǒng)、零部件模型資源庫、常用零部件智能選型工具集以及創(chuàng)新服務(wù)平臺業(yè)務(wù)輔助系統(tǒng)等功能模塊.產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)能力與資源服務(wù)提供商利用該平臺提供的服務(wù)商業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，進行創(chuàng)新開發(fā)任務(wù)智能檢索匹配、任務(wù)報價競標(biāo)、任務(wù)進展?fàn)顟B(tài)同步、服務(wù)客戶管理、服務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等，并能通過平臺進行服務(wù)能力發(fā)布和服務(wù)資源管理，有效參與服務(wù)訂單競標(biāo).在平臺提供的客戶任務(wù)管理系統(tǒng)中，可進行創(chuàng)新開發(fā)任務(wù)詢盤的發(fā)布、服務(wù)商能力與資質(zhì)分析匹配、報價分析、任務(wù)授盤、任務(wù)進展?fàn)顟B(tài)監(jiān)控、服務(wù)商管理等，并能通過產(chǎn)品創(chuàng)新服務(wù)平臺的零部件選型工具和零部件模型資源庫輔助，快速進行產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計.平臺特別針對在新產(chǎn)品開發(fā)中運用逐漸增加的3D打印技術(shù)，集成了許多能力服務(wù)和資源服務(wù).

2.1在線3D打印服務(wù)

針對企業(yè)用戶，直接通過平臺上傳需要3D打印的模型，進行在線配置，并快速得到精確報價；針對個人用戶，直接通過平臺上傳可用于3D打印的數(shù)字模型，進行在線配置，并快速得到精確報價.同時提供在線3D打印流程介紹和典型案例.企業(yè)版和個人版在線3D打印的服務(wù)流程基本一致，如圖2所示.

圖2　在線3D打印服務(wù)流程圖

企業(yè)版在線3D打印服務(wù)用戶上傳模型界面如圖3所示.

圖3　企業(yè)版在線3D打印服務(wù)用戶上傳模型界面

2.2設(shè)計資源庫

依據(jù)面向領(lǐng)域的零件資源通用分類模式，按不同的應(yīng)用領(lǐng)域劃分了多個子系統(tǒng)資源庫，包括標(biāo)準(zhǔn)件、常用零件模型庫，創(chuàng)意模型庫，選型工具，3D打印機，3D打印材料.用戶點擊各子庫標(biāo)簽進入相應(yīng)的資源庫系統(tǒng).

以零件參數(shù)化驅(qū)動功能的實現(xiàn)為例，介紹設(shè)計資源庫的設(shè)計.零件三維模型參數(shù)化驅(qū)動設(shè)計是實現(xiàn)零部件變型設(shè)計，進而實現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品快速設(shè)計的關(guān)鍵.可采用UML活動圖表示零件三維模型在線參數(shù)化驅(qū)動設(shè)計的實現(xiàn)過程(圖4).

圖4　零件資源參數(shù)化驅(qū)動的UML活動圖

某流體系統(tǒng)通用零部件“GB 598-80 船用外螺紋青銅填料旋塞 A型”的參數(shù)化驅(qū)動設(shè)計實例如圖5所示.用戶修改參數(shù)變量值或從系列化的參數(shù)列表中選擇參數(shù)值，通過在線參數(shù)化驅(qū)動完成零部件的變型設(shè)計，下載獲得新的零部件三維CAD模型，用于產(chǎn)品的快速設(shè)計.

圖5　參數(shù)化驅(qū)動設(shè)計實例

2.3眾包設(shè)計服務(wù)

眾包設(shè)計服務(wù)模塊架構(gòu)是以Web2.0技術(shù)為基礎(chǔ)的信息平臺.用戶發(fā)布工業(yè)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析等方面的設(shè)計需求，服務(wù)商和設(shè)計者會主動提供設(shè)計方案.這實現(xiàn)了協(xié)同自組織的新型網(wǎng)絡(luò)工作環(huán)境.眾包設(shè)計服務(wù)模塊架構(gòu)如圖6所示.

圖6　眾包設(shè)計服務(wù)模塊架構(gòu)

眾包設(shè)計為不同的設(shè)計者和服務(wù)商提供了創(chuàng)新設(shè)計的平臺.用戶提出設(shè)計需求，不同的設(shè)計者和服務(wù)商提出設(shè)計方案，最終由用戶選擇最滿意的方案(圖7).

3產(chǎn)品創(chuàng)新服務(wù)平臺軟件系統(tǒng)的應(yīng)用

目前，產(chǎn)品創(chuàng)新服務(wù)平臺已投入商業(yè)運營，面向產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)用戶提供相關(guān)的技術(shù)、信息、資源以實服務(wù)，降低了企業(yè)創(chuàng)新設(shè)計過程的非有效成本，縮短了企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)制造周期，增強了區(qū)域集群中小型企業(yè)的整體實力.

圖7　眾包設(shè)計服務(wù)模塊的實現(xiàn)

4結(jié)束語

現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)為目的，研究了設(shè)計資源集成管理的模式、方法和關(guān)鍵技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)化的資源集成管理系統(tǒng).利用先進的信息技術(shù)與知識管理技術(shù)，將復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計鏈中各企業(yè)現(xiàn)有零部件模型、設(shè)計知識等資源合理有效地集成管理起來，建立產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計能力公共服務(wù)與資源共享平臺，為各制造企業(yè)，特別是信息化水平較弱的中小型企業(yè)提供技術(shù)能力、專業(yè)化的軟件應(yīng)用和數(shù)據(jù)管理等服務(wù).在客戶需求多變和市場競爭日益激烈的網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境下，通過應(yīng)用創(chuàng)新開發(fā)平臺來最大限度地重用設(shè)計資源及成果，使產(chǎn)品設(shè)計具有足夠的柔性和敏捷性，極大地提升設(shè)計資源應(yīng)用的綜合效能，有效地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,提高產(chǎn)品研發(fā)質(zhì)量，進而快速響應(yīng)個性、多變的客戶需求.這對提升企業(yè)競爭力具有十分重要的意義，同時對提升中小企業(yè)信息化水平及增強我國制造產(chǎn)業(yè)鏈的整體市場競爭力都具有極其重要的現(xiàn)實意義.

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Development and Implementation for the Service Platform of Product Innovation

SHENG Xiao-qian, GAO Xian-ming, ZHOU Qiang, YANG Hua, WANG Mian

(State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering，Xi'an Jiaotong University，Xi'an 710049，China)

Abstract：In order to effectively support the innovative development of the new products for the middle and small-sized technological enterprises and satisfy the clients' requirements of produce development ability and resource, a research on the development and implementation for the service platform of product innovation has been conducted which can support the rapid product development and the resource informatization. This paper mainly discusses the key points for the implementation of the platform, such as the fundamental framework, the database structure and the function modules like online 3D printing, design resource repository, crowdsourcing design and so on. The platform has been in the stage of commercial operation at present and has improved the innovative capability of the clustered middle and small-sized enterprises in the Yangtze River delta region, and promoted the integration of regional manufacturing industries and the information technology.

Key words:product innovation; online 3D printing; design resource repository; crowdsourcing design

doi:10.3969/j.issn.1006-3269.2016.01.008

中圖分類號：TH16;TP391

文獻標(biāo)識碼：A

作者簡介：盛曉茜(1986-)，女，安徽肥西人，博士研究生，研究方向為結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計.

基金項目：國家863計劃資助項目(2013AA040604)

收稿日期：2015-10-03

文章編號：1006-3269(2016)01-0041-05