楊 光

(新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院，河南 新鄉(xiāng) 453000)

0 引言

隨著工業(yè)的快速發(fā)展與制造業(yè)生產能力的逐漸提升，機械設計與制造成為工業(yè)發(fā)展與制造業(yè)水平提升的必備基礎條件與支撐技術之一[1]。但是由于機械設計與制造行業(yè)涉及范圍廣泛，種類較多，不同地區(qū)和企業(yè)發(fā)展差距較大，自主創(chuàng)新能力落后等導致我國整體工業(yè)發(fā)展與制造業(yè)發(fā)展處于落后水平，限制了我國機械生產自主創(chuàng)新力的提升與發(fā)展[2]。

機械設計與制造作為工業(yè)發(fā)展的重要推動力，機械零件的設計、生產與制造工序較為復雜，機械零件的生產效率提升與參數(shù)優(yōu)化是目前機械設計與制造面臨的重要工作。隨著大數(shù)據技術和人工智能技術的逐漸發(fā)展與提升，結合云平臺與大數(shù)據技術，搭建一種機械零件設計與優(yōu)化智能云平臺系統(tǒng)，并整合相關機械生產與制造企業(yè)，構建完善的機械零件設計與優(yōu)化云平臺，提高機械零件的生產效率，增強我國機械生產與工業(yè)發(fā)展的科研創(chuàng)新能力[3]。

1 基礎概念

1.1 云制造技術

云制造技術主要是利用軟件技術，對機械制造進行改革，實現(xiàn)制造業(yè)與電子信息技術的高度融合與發(fā)展[4]。云制造技術是在傳統(tǒng)機械制造的基礎上，根據機械設計要求，為用戶提供全套的生產資源與服務，主要內容如圖1所示。

1.2 CBR技術

CBR技術是實例推理技術，目前已經廣泛應用于人工智能生產領域，其基本工作原理是根據用戶提出的機械設計需求，首先在機械案例庫資源中尋找類似或者相同的設計案例，根據具體需求進行修正。

2 云制造技術主要應用范圍

2.1 針對大型企業(yè)的設計與服務平臺

大型企業(yè)在科技研發(fā)與發(fā)展中有穩(wěn)定的資金支持，有助于企業(yè)自主創(chuàng)新能力的提升。大型企業(yè)生產部門較多，在企業(yè)運行過程中，程序較為復雜繁瑣，運用云制造平臺，可以將機械設計資源通過云平臺共享，將各種資源快速發(fā)放至各個部門，可以支持多個部門之間的設計交流與協(xié)同研發(fā)，極大地提高企業(yè)的創(chuàng)新能力與運行效率。

2.2 制造資源共享平臺

由于我國地域遼闊，不同發(fā)展區(qū)間呈現(xiàn)出極大的差異性，為了保證資源共享與區(qū)域發(fā)展平衡，通過構建制造資源共享平臺，可以均衡各地制造、生產資源的共享與發(fā)展。

2.3 制造服務化支撐平臺

隨著我國機械生產與制造能力的不斷提升，企業(yè)進行單一的機械設計與制造帶來的生產效益與附屬價值較低，通過完善機械設計與生產配套產品服務，對于提升企業(yè)生產效率具有重要意義。因此，通過構建服務化支撐平臺，對于實現(xiàn)機械零件設計制造與服務一體化，提高企業(yè)整體生產效益與價值具有重要意義。

2.4 中小企業(yè)協(xié)同工作服務平臺

目前，我國機械設計與制造企業(yè)主要以中小企業(yè)為主，其主要特點是缺乏自身啟動資金與技術，人才結構不完善，導致整體創(chuàng)新性較低?；谥行∑髽I(yè)協(xié)同工作服務平臺，可以實現(xiàn)中小企業(yè)之間的資源溝通、共享，促進自身的資源與技術實現(xiàn)價值最大化，提升自身創(chuàng)新力與企業(yè)運行效率，降低中小企業(yè)對大型企業(yè)相關技術依賴。

2.5 制造與物流一體化服務平臺

隨著現(xiàn)代物流服務平臺的不斷發(fā)展，目前我國已經成為世界上最大的物流市場之一，但是關于大型制造業(yè)的物流較少，構建制造業(yè)物流一體化平臺，可以實現(xiàn)物流企業(yè)與機械生產制造企業(yè)之間的合作，實現(xiàn)機械零件生產與用戶之間的銜接。

3 機械零件云平臺關鍵技術

3.1 設計要求

目前，大批學者對云平臺的設計做了大量研究，但是關于云設計平臺的設計細節(jié)仍需要完善與發(fā)展。在機械設計云平臺構建中，由于云設計平臺的服務對象眾多，用戶數(shù)量較大，因此，機械零件云設計平臺需要實現(xiàn)用戶服務范圍內的協(xié)同合作，并且實現(xiàn)機械零件設計與參數(shù)優(yōu)化的全程跟蹤與管理，因此，機械零件云設計平臺應該滿足平臺運行的標準與規(guī)范?；谛畔⒎占夹g與網絡集成技術，對機械設計與關鍵零部件參數(shù)優(yōu)化中涉及的制造資源進行云服務集成，通過云服務的構建與運行，實現(xiàn)機械零件云設計平臺的研發(fā)。

3.2 云平臺整體設計方案

根據云設計平臺的基本要求，搭建機械零件云設計平臺，主要結構如圖2所示。由圖2可知，該平臺主要分為云提供端、云服務平臺和云請求端。云提供端主要是為機械零件涉及提供機械設計資源，如機械建模、機械仿真設計、機械制造資源和機械結構參數(shù)優(yōu)化測試等；云服務平臺主要是根據用戶要求，基于云設計平臺各項生產資源，按照要求進行機械設計；機械設計完成后將整體設計方案與參數(shù)移動至云請求端口。

3.3 CBR關鍵技術

CBR技術又被稱為R4循環(huán)技術，主要包括檢索(Retrieve)、重用(Reuse)、修正(Retain)、保存(Retain)4個工作步驟。主要工作流程圖如圖3所示。整個工作流程主要包括零件描述、零件檢索、零件修正和零件更新共4個部分。

圖3 CBR基本工作流程

1)機械描述。為了實現(xiàn)CBR檢索的準確，需要對機械零件進行全面、準確的機械描述，但是過于繁瑣的描述會增加零部件檢索難度，對后續(xù)機械零件的加工與設計造成一定的不利影響，因此，需要用簡短、精準的語言進行描述。

2)機械檢索。機械檢索是在大量的機械實例中按照條件進行檢索，篩選出最合適的機械零件案例。在進行機械設計時應該盡可能的保證檢索的響應時效，保證檢索機械資源或者歷史設計案例與設計相同或者相似。

3)機械修正。由于檢索的歷史設計案例不一定滿足當前設計要求，因此，需要以歷史設計案例為基礎進行修改，主要是進行參數(shù)優(yōu)化、整合與修正。

4)機械零件更新。CBR技術的主要特征就是進行學習與補充，當前云設計平臺無法滿足機械設計要求時，就會時刻更新設計方案，并時刻更新設計系統(tǒng)，豐富機械設計案例數(shù)，提高云設計平臺實際應用能力。

4 機械零件智能設計云平臺

4.1 系統(tǒng)簡介

機械云設計平臺主要以工程機械設計與參數(shù)優(yōu)化為研究對象，基于智能設計平臺，協(xié)助設計者進行機械設計與參數(shù)優(yōu)化，達到縮短機械研發(fā)周期，提高機械設計效率的目的。機械云設計平臺主要是采用Eclipse為研發(fā)工具，選取Java為編程語言，運行在Windows8的環(huán)境中，數(shù)據庫類型為Mysql。

4.2 基本操作

4.2.1 參數(shù)輸入

首先進行機械云設計平臺，操作人員根據自己的設計需求進入“參數(shù)輸入”界面，輸入機械零件設計所需的參數(shù)值，可以對機械整個系統(tǒng)參數(shù)進行輸入，也可以選擇機械某個零部件參數(shù)進行單獨參數(shù)輸入。對于沒有設計參數(shù)要求的零件，云設計平臺會在后臺提供參數(shù)的權重，用戶也可以自行進行修改。

4.2.2 機械項目匹配

在參數(shù)輸入完畢后，在平臺中選擇“智能匹配”，可以對設計零件進行相似度計算。計算完成后，可以得到相關匹配結果，根據實際需求選擇所需要的案例，并通過Sview實現(xiàn)產品三維圖展示。

4.2.3 結果輸出

根據機械項目匹配結果，當用戶選擇某一個案例后，單擊“導出匹配結果”，就可以查看相關機械零件參數(shù)等。

4.2.4 機械設計案例添加

當用戶完成機械產品的設計與參數(shù)優(yōu)化、修正后，可以將本次設計案例“增加成功案例”，并將所設計的案例添加至云設計平臺案例庫中實現(xiàn)平臺資源更新。

5 結論

本研究系統(tǒng)論述了機械零件設計與參數(shù)優(yōu)化的云設計平臺，并按照操作步驟對云設計平臺的應用方法進行論述。研究結果對于提升機械零件設計效率提供新的發(fā)展思路與技術借鑒。