大數(shù)據(jù)背景下模具行業(yè)信息共享平臺(tái)構(gòu)建研究

蔣愛榮 謝幫靈

【摘 要】本文闡述構(gòu)建模具大數(shù)據(jù)信息共享平臺(tái)的目的與意義，從模具技術(shù)的衍生數(shù)據(jù)資源、整合類型、整合規(guī)范性等論述模具技術(shù)的大數(shù)據(jù)資源整合思想，提出構(gòu)建以數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)打印、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)歸納、信息示例、需求互動(dòng)為主要功能模塊，以計(jì)算方法、智能工具、專家系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)模擬等為特色功能模塊的模具大數(shù)據(jù)信息共享平臺(tái)，以向更多用戶提供強(qiáng)大全面的數(shù)據(jù)服務(wù)，提升我國模具技術(shù)整體水平。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù) ?模具技術(shù) ?信息共享平臺(tái) ?構(gòu)建

【中圖分類號(hào)】G ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2019）07C-0160-03

近年來，我國的模具生產(chǎn)制造水平得到了新的突破與發(fā)展，各種工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量與性能大幅提升，成本持續(xù)下調(diào)，國際競(jìng)爭(zhēng)力日益增強(qiáng)。當(dāng)然，模具行業(yè)的發(fā)展瓶頸仍存，模具企業(yè)的技術(shù)水平參差不齊成為重大難題。如何能夠更好地均衡各模具企業(yè)實(shí)力，提升國家整體工業(yè)化生產(chǎn)水平，是擺在人們面前的現(xiàn)實(shí)問題。大數(shù)據(jù)時(shí)代，模具企業(yè)在行業(yè)與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)呈幾何增長態(tài)勢(shì)，若模具行業(yè)能夠?qū)⒏鞣N優(yōu)勢(shì)資源和不同數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，打造大數(shù)據(jù)背景下的模具信息共享平臺(tái)，并將平臺(tái)面向科研機(jī)構(gòu)、大專院校等開放，讓更多的群體可獲取不同信息滿足各自需求，才能實(shí)現(xiàn)更多技術(shù)理論與實(shí)踐知識(shí)的共享與融合，才能更高效地提升我國模具技術(shù)整體水平。

一、構(gòu)建模具大數(shù)據(jù)信息共享平臺(tái)的目的與意義

（一）共享資源，助力中小模具企業(yè)。當(dāng)前國內(nèi)不少中小模具企業(yè)依然沿用傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式，技術(shù)落后，研發(fā)力量不均衡，資源利用率低，產(chǎn)能低下，數(shù)據(jù)信息冗余，共享效能弱。利用大數(shù)據(jù)階段的創(chuàng)新理念與技術(shù)，構(gòu)建信息共享平臺(tái)，重新武裝中小模具企業(yè)的生產(chǎn)管理經(jīng)營理念，培養(yǎng)現(xiàn)代化高效服務(wù)企業(yè)，各企業(yè)用戶才能真正通過平臺(tái)獲得更有優(yōu)勢(shì)的信息資源，獲得來自資金、技術(shù)等方面的支持，從而在模具設(shè)計(jì)開發(fā)、加工制造等工藝決策與服務(wù)方面有更出色的表現(xiàn)。

（二）集中優(yōu)勢(shì)，增加模具企業(yè)效益。借助大數(shù)據(jù)背景下的模具信息共享平臺(tái)，企業(yè)用戶的模具開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、加工等各環(huán)節(jié)的過程信息與成果數(shù)據(jù)更加透明。企業(yè)還能更好地把握消費(fèi)市場(chǎng)需求從而針對(duì)性地?cái)U(kuò)大業(yè)務(wù)范圍，投入資金與技術(shù)開展專業(yè)生產(chǎn)，讓企業(yè)自身優(yōu)勢(shì)得到最大化發(fā)揮，成功在模具產(chǎn)品的全生命周期的不同環(huán)節(jié)上打造服務(wù)亮點(diǎn)，直接帶動(dòng)企業(yè)收獲更多的利潤增長點(diǎn)。

（三）引導(dǎo)教學(xué)，培養(yǎng)模具專業(yè)人才。大數(shù)據(jù)背景下的模具信息共享平臺(tái)的開發(fā)應(yīng)用，能夠讓更多的模具行業(yè)從業(yè)者在生產(chǎn)實(shí)踐中掌握最新最全的模具信息。他們一方面在實(shí)踐中驗(yàn)證各種信息的虛假真?zhèn)?，另一方面也在不斷上傳自己的心得總結(jié)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，形成強(qiáng)大的教育資源，以幫助從業(yè)者不斷深造，還可為相關(guān)院校的學(xué)生教育提供可靠的教學(xué)資源。

二、模具技術(shù)的大數(shù)據(jù)信息整合思想

模具工業(yè)中，企業(yè)在模具開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、應(yīng)用、維修等環(huán)節(jié)所需要的技術(shù)統(tǒng)稱為模具技術(shù)，集機(jī)械設(shè)計(jì)與加工、電加工、熱處理等專業(yè)技術(shù)和材料學(xué)、摩擦力學(xué)、潤滑動(dòng)力學(xué)、失效分析等特殊領(lǐng)域技術(shù)于一體。可見其知識(shí)點(diǎn)眾多，數(shù)據(jù)信息量龐大，只有加強(qiáng)科學(xué)合理地整合，才能整合優(yōu)化數(shù)據(jù)，為大數(shù)據(jù)背景下的模具信息共享平臺(tái)構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

（一）模具技術(shù)的衍生數(shù)據(jù)資源。隨著模具產(chǎn)品的積極問世和推廣應(yīng)用，模具技術(shù)數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)了海量累積，能夠?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)、加工、材料、熱處理、潤滑、失效分析等工作提供更多有價(jià)值的參考與數(shù)據(jù)支撐，是技術(shù)人員、企業(yè)主管、研究學(xué)者、學(xué)生等相關(guān)活動(dòng)參與者客觀需求的寶貴資源?？傮w來看，模具技術(shù)發(fā)展過程中衍生的數(shù)據(jù)資源具體梳理內(nèi)容如表1所示。

（二）模具技術(shù)的衍生數(shù)據(jù)整合類型。常規(guī)的模具技術(shù)衍生數(shù)據(jù)主要類型涵蓋數(shù)字、圖像、表格、文本文檔及其他等，其中數(shù)字或數(shù)學(xué)類的數(shù)據(jù)占比最大。數(shù)據(jù)的整合就是利用系統(tǒng)化、集成化的思想將較為分散的模具技術(shù)信息數(shù)據(jù)組合成整體，從而體現(xiàn)服務(wù)價(jià)值。以模具技術(shù)的模具設(shè)計(jì)資源結(jié)構(gòu)為例，其產(chǎn)生數(shù)據(jù)內(nèi)容如表2所示。

（三）模具技術(shù)的衍生數(shù)據(jù)整合規(guī)范性。大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，海量數(shù)據(jù)的匯聚過程變化重重，其中的信息真實(shí)性與有效性兼存在較大疑問。模具行業(yè)的技術(shù)數(shù)據(jù)，基本是在模具工業(yè)發(fā)展中不斷積累并反復(fù)驗(yàn)證的重要學(xué)術(shù)研究成果與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這些數(shù)據(jù)自然是可靠、真實(shí)、有效的，這些數(shù)據(jù)能夠?yàn)楹罄m(xù)工作中新的數(shù)據(jù)處理提供合理基礎(chǔ)。模具技術(shù)的衍生數(shù)據(jù)規(guī)范性，是由國家相關(guān)權(quán)威組織機(jī)構(gòu)來負(fù)責(zé)管理的，從模具的設(shè)計(jì)、加工到材料、熱處理、潤滑和失效分析，所有資源都有嚴(yán)格把關(guān)。職能組織機(jī)構(gòu)通過專業(yè)化的采集優(yōu)選組合分析，形成具有可操作性的規(guī)范數(shù)據(jù)體系，從而能夠在與模具相關(guān)的各類活動(dòng)中發(fā)揮支持作用，也能夠?yàn)閿?shù)據(jù)信息的共享搭建安全環(huán)境。

三、模具技術(shù)的大數(shù)據(jù)信息共享平臺(tái)構(gòu)建研究

模具技術(shù)的大數(shù)據(jù)信息共享平臺(tái)的構(gòu)建，意在通過更精確的數(shù)據(jù)算法、更合理的數(shù)據(jù)架構(gòu)、更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)內(nèi)容，讓所有平臺(tái)用戶都能便捷準(zhǔn)確地掌握所需數(shù)據(jù)信息。

（一）平臺(tái)模塊架構(gòu)與功能。本文擬建的信息共享平臺(tái)主要功能模塊以及特色化功能模塊構(gòu)架如圖1所示。

圖1中，查詢功能應(yīng)為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息共享服務(wù)的基本功能。而隨著數(shù)據(jù)的增多，基于數(shù)據(jù)的獲取、打印、分析、歸納等工作將使平臺(tái)的信息共享服務(wù)更加健全與完善。特色功能模塊使用大數(shù)據(jù)背景下的先進(jìn)算法，形成更權(quán)威的專家系統(tǒng)與更高效的智能工具，讓用戶的應(yīng)用變得更有效率。

（二）信息共享平臺(tái)的功能展示。本文擬建的模具大數(shù)據(jù)信息共享平臺(tái)具備以下基本功能。

1.釋放計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理功能優(yōu)勢(shì)，保障用戶在檢索查詢數(shù)據(jù)信息時(shí)的便捷體驗(yàn)，保障用戶所得數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確、有效。

2.平臺(tái)設(shè)計(jì)有在線模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)功能，以大數(shù)據(jù)的匯聚分析構(gòu)建專家數(shù)據(jù)庫，重點(diǎn)處理用戶在模具設(shè)計(jì)、加工、熱處理等諸多工作中遭遇的實(shí)際問題。為降低精確數(shù)據(jù)可能造成的輔助失效現(xiàn)象，平臺(tái)還建立咨詢溝通機(jī)制，如圖2所示。用戶將一些典型難題上傳至平臺(tái)后，定期邀請(qǐng)一些行業(yè)專家來解答實(shí)際問題，同時(shí)平臺(tái)將可行的解答指導(dǎo)方案作用于平臺(tái)的完善與更新，以此為用戶提供更出色的服務(wù)。

3.平臺(tái)設(shè)置有用戶共建功能。平臺(tái)用戶中一些具有模具技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人士可及時(shí)與平臺(tái)管理人員取得聯(lián)系，就模具行業(yè)新技術(shù)、新工藝、新數(shù)據(jù)等內(nèi)容通知平臺(tái)，在互動(dòng)交流中加強(qiáng)內(nèi)容審核。若專業(yè)建議被證實(shí)正確且具有新意，則將立即收錄至平臺(tái)，更新平臺(tái)數(shù)據(jù)庫，促成平臺(tái)的建設(shè)完善。用戶共建功能關(guān)系圖如圖3所示。

四、模具大數(shù)據(jù)信息共享平臺(tái)的特色功能模塊設(shè)計(jì)

本文擬建的模具大數(shù)據(jù)信息共享平臺(tái)，是面向全社會(huì)用戶開放的專業(yè)平臺(tái)，因此其中有關(guān)模具技術(shù)的內(nèi)容類別廣泛，技術(shù)輻射及覆蓋面廣。模具專業(yè)用戶在平臺(tái)上可通過各種基本功能獲得所需數(shù)據(jù)，但非模具專業(yè)用戶則可能受限于對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握不足，使得調(diào)用數(shù)據(jù)的過程較長，時(shí)間消耗較多，甚至不能取得實(shí)用數(shù)據(jù)。因此，本平臺(tái)的建設(shè)充分考慮這一問題，提出了特色功能服務(wù)模塊的設(shè)計(jì)概念，力求所有用戶都能得到最佳數(shù)據(jù)服務(wù)。平臺(tái)在提供模具精準(zhǔn)科學(xué)數(shù)據(jù)的同時(shí)，主動(dòng)整理歸納邏輯聯(lián)系較突出的數(shù)據(jù)，以關(guān)聯(lián)度極高的數(shù)學(xué)模型來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的重組，并對(duì)數(shù)據(jù)知識(shí)庫實(shí)施智能編程，完成對(duì)大數(shù)據(jù)的雜糅再創(chuàng)新。平臺(tái)以計(jì)算方法、智能工具、專家系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)模擬等特色功能模塊，向更多用戶提供強(qiáng)大全面的數(shù)據(jù)服務(wù)，確保用戶無使用缺憾。

（一）計(jì)算方法功能模塊。該模塊主動(dòng)挖掘原有模具經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的計(jì)算公式、數(shù)學(xué)模型等數(shù)據(jù)內(nèi)容，重新梳理其中的共性特點(diǎn)，形成適用度更高的計(jì)算方法。利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大邏輯與計(jì)算能力，計(jì)算方法的總結(jié)快速且有效，可減低傳統(tǒng)工作模式中技術(shù)人員的出錯(cuò)率。功能模塊在重組計(jì)算公式的過程中，還借助SQL server2000收錄專業(yè)工具書中的可查參數(shù)，一旦用戶提供已掌握的參數(shù)，模塊就會(huì)根據(jù)所套用的公式在數(shù)據(jù)庫中調(diào)用其中的某些特定參數(shù)因子，從而快速計(jì)算得到數(shù)據(jù)結(jié)果。一方面提供計(jì)算速度，免去查詢參數(shù)的過程，另一方面確保了正確度。如計(jì)算模具的壓力重心、計(jì)算不同類型模具形腔尺寸與零件實(shí)際尺寸偏差等問題都十分適用。

（二）智能工具功能模塊。該模塊體現(xiàn)大數(shù)據(jù)時(shí)代計(jì)算機(jī)的人工智能化，計(jì)算機(jī)直接代替技術(shù)人員梳理已有模具技術(shù)經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐數(shù)據(jù)，在對(duì)照分析、多點(diǎn)優(yōu)化等過程中完成數(shù)據(jù)智能處理，加強(qiáng)人機(jī)交互操作，逐步簡(jiǎn)化原有復(fù)雜數(shù)據(jù)，降低用戶的復(fù)雜數(shù)據(jù)運(yùn)算困難。例如在熱作模具材料以失效形式選材的工作中，我們已經(jīng)知道談及熱作模具材料的失效形式，可分熱疲勞、開裂、熱磨損、坍塌失效。失效形式與模具工作溫度、材料高溫硬度、屈服強(qiáng)度、沖擊韌性、熱穩(wěn)定性能、熱疲勞性能等有關(guān)。因此，平臺(tái)可以直接給出模具材料失效的經(jīng)驗(yàn)判定公式，如對(duì)于熱疲勞失效而言，其失效判定經(jīng)驗(yàn)公式為T=8*rpl+4*cj+3*rw+2*qf+2*gy，其中rpl代表熱疲勞性能的平均值;rw代表熱穩(wěn)定性的相對(duì)平均值;cj代表性能相對(duì)平均值;qf代表屈服強(qiáng)度的相對(duì)平均值;gy代表高溫硬度的相對(duì)平均值。用戶只需客觀收集相關(guān)參數(shù)輸入至平臺(tái)，就能直接得到反映模具材料失效的相對(duì)計(jì)算數(shù)值，用戶直接比較結(jié)算結(jié)果后優(yōu)選出理想材料。

（三）專家系統(tǒng)功能模塊。該模塊指計(jì)算機(jī)通過大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析與類化，總結(jié)歸納出某領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)集，并以模擬專家身份來調(diào)用各種知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)處理實(shí)際問題。模具行業(yè)同樣有大量經(jīng)驗(yàn)性的公式與數(shù)據(jù)可供生產(chǎn)使用，這些來自專家、技術(shù)能手的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)將積極錄入共享平臺(tái)中，并由平臺(tái)完成精細(xì)加工，從而能夠更好地作用于實(shí)際設(shè)計(jì)與生產(chǎn)任務(wù)中。

（四）動(dòng)態(tài)演示功能模塊。模具信息共享平臺(tái)面向全用戶開發(fā)，因此有必要增強(qiáng)界面的生動(dòng)性，提高數(shù)據(jù)的演示活力，以此幫助用戶在快速掌握數(shù)據(jù)的同時(shí)方便觀摩模具工作的動(dòng)態(tài)畫面，系統(tǒng)性掌握模具相關(guān)技術(shù)理論與實(shí)踐知識(shí)，因此動(dòng)態(tài)演示功能模塊的建設(shè)很有必要。該模塊在海量數(shù)據(jù)包或集群中按照不同邏輯算法來處理運(yùn)行，使得復(fù)雜數(shù)據(jù)變?yōu)榫哂猩鷦?dòng)性的動(dòng)態(tài)畫面，用戶可直觀地掌握模具工作狀態(tài)，不同模具生產(chǎn)成形過程等信息。

動(dòng)態(tài)演示的第一種形式是動(dòng)畫演示。如在設(shè)計(jì)沖裁模具任務(wù)中，已知模具二維結(jié)構(gòu)圖，由Solidworks軟件將2D圖轉(zhuǎn)為3D圖并生成裝配圖，平臺(tái)利用計(jì)算機(jī)外顯設(shè)置可將沖裁模模具結(jié)構(gòu)以動(dòng)畫形式表現(xiàn)出來。借助Flash導(dǎo)入功能可直接導(dǎo)入Solidworks所成動(dòng)畫，并做好相關(guān)標(biāo)識(shí)與注釋并搭建鏈接后，就能在不同界面中互通切換，提高了內(nèi)容關(guān)聯(lián)性。動(dòng)態(tài)演示的第二種形式是圖表演示。共享平臺(tái)的用戶在檢索查詢數(shù)據(jù)時(shí)，有時(shí)因關(guān)鍵詞模糊搜索會(huì)出現(xiàn)大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，例如簡(jiǎn)易搜索“材料回火穩(wěn)定性”，出來的數(shù)據(jù)字符結(jié)果太多，這樣給用戶的使用帶來一定的困難，而且多數(shù)用戶并不能合理準(zhǔn)確地找出不同數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性。在圖表演示功能下，特定控件將主動(dòng)將不同數(shù)據(jù)建立直觀關(guān)系圖，讓用戶對(duì)系列數(shù)據(jù)的分析更加靈活，對(duì)數(shù)據(jù)選擇的結(jié)果更加放心。

大數(shù)據(jù)背景下，建設(shè)信息共享平臺(tái)是十分必要的。對(duì)于快速發(fā)展的模具行業(yè)而言，其技術(shù)數(shù)據(jù)大量累積，信息共享平臺(tái)屬于必然趨勢(shì)。平臺(tái)的建設(shè)應(yīng)注重結(jié)合強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)功能，時(shí)刻緊盯數(shù)據(jù)的可靠性與系統(tǒng)性，主動(dòng)服務(wù)功能的開發(fā)與應(yīng)用，加強(qiáng)各類用戶的在線交流，為可行數(shù)據(jù)的共享搭建更多渠道，從而為我國模具技術(shù)進(jìn)步與行業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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【基金項(xiàng)目】廣西高校中青年教師能力提升項(xiàng)目“工業(yè)4.0時(shí)代柳州汽車模具智慧智造協(xié)同制造研究”（2019KY1428）;廣西教育廳科研課題“服務(wù)中小型模具企業(yè)的協(xié)同工作平臺(tái)研制”（KY2015YB479）

【作者簡(jiǎn)介】蔣愛榮（1984— ），女，廣西百色人，百色學(xué)院機(jī)械工程系講師，研究方向：機(jī)電一體化;謝幫靈（1975— ），男，廣西柳州人，碩士，柳州城市職業(yè)學(xué)院講師，研究方向：機(jī)電一體化專業(yè)。

（責(zé)編 黎 原）