機(jī)械零件參數(shù)優(yōu)化與云設(shè)計(jì)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究

楊 光

(新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(chǎn)能力的逐漸提升，機(jī)械設(shè)計(jì)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(chǔ)條件與支撐技術(shù)之一[1]。但是由于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造行業(yè)涉及范圍廣泛，種類(lèi)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(dǎo)致我國(guó)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(guó)機(jī)械生產(chǎn)自主創(chuàng)新力的提升與發(fā)展[2]。

機(jī)械設(shè)計(jì)與制造作為工業(yè)發(fā)展的重要推動(dòng)力，機(jī)械零件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與制造工序較為復(fù)雜，機(jī)械零件的生產(chǎn)效率提升與參數(shù)優(yōu)化是目前機(jī)械設(shè)計(jì)與制造面臨的重要工作。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)的逐漸發(fā)展與提升，結(jié)合云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，搭建一種機(jī)械零件設(shè)計(jì)與優(yōu)化智能云平臺(tái)系統(tǒng)，并整合相關(guān)機(jī)械生產(chǎn)與制造企業(yè)，構(gòu)建完善的機(jī)械零件設(shè)計(jì)與優(yōu)化云平臺(tái)，提高機(jī)械零件的生產(chǎn)效率，增強(qiáng)我國(guó)機(jī)械生產(chǎn)與工業(yè)發(fā)展的科研創(chuàng)新能力[3]。

1 基礎(chǔ)概念

1.1 云制造技術(shù)

云制造技術(shù)主要是利用軟件技術(shù)，對(duì)機(jī)械制造進(jìn)行改革，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)與電子信息技術(shù)的高度融合與發(fā)展[4]。云制造技術(shù)是在傳統(tǒng)機(jī)械制造的基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)要求，為用戶(hù)提供全套的生產(chǎn)資源與服務(wù)，主要內(nèi)容如圖1所示。

1.2 CBR技術(shù)

CBR技術(shù)是實(shí)例推理技術(shù)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人工智能生產(chǎn)領(lǐng)域，其基本工作原理是根據(jù)用戶(hù)提出的機(jī)械設(shè)計(jì)需求，首先在機(jī)械案例庫(kù)資源中尋找類(lèi)似或者相同的設(shè)計(jì)案例，根據(jù)具體需求進(jìn)行修正。

2 云制造技術(shù)主要應(yīng)用范圍

2.1 針對(duì)大型企業(yè)的設(shè)計(jì)與服務(wù)平臺(tái)

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(chǎn)部門(mén)較多，在企業(yè)運(yùn)行過(guò)程中，程序較為復(fù)雜繁瑣，運(yùn)用云制造平臺(tái)，可以將機(jī)械設(shè)計(jì)資源通過(guò)云平臺(tái)共享，將各種資源快速發(fā)放至各個(gè)部門(mén)，可以支持多個(gè)部門(mén)之間的設(shè)計(jì)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(yùn)行效率。

2.2 制造資源共享平臺(tái)

由于我國(guó)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(guò)構(gòu)建制造資源共享平臺(tái)，可以均衡各地制造、生產(chǎn)資源的共享與發(fā)展。

2.3 制造服務(wù)化支撐平臺(tái)

隨著我國(guó)機(jī)械生產(chǎn)與制造能力的不斷提升，企業(yè)進(jìn)行單一的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造帶來(lái)的生產(chǎn)效益與附屬價(jià)值較低，通過(guò)完善機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)配套產(chǎn)品服務(wù)，對(duì)于提升企業(yè)生產(chǎn)效率具有重要意義。因此，通過(guò)構(gòu)建服務(wù)化支撐平臺(tái)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)制造與服務(wù)一體化，提高企業(yè)整體生產(chǎn)效益與價(jià)值具有重要意義。

2.4 中小企業(yè)協(xié)同工作服務(wù)平臺(tái)

目前，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造企業(yè)主要以中小企業(yè)為主，其主要特點(diǎn)是缺乏自身啟動(dòng)資金與技術(shù)，人才結(jié)構(gòu)不完善，導(dǎo)致整體創(chuàng)新性較低。基于中小企業(yè)協(xié)同工作服務(wù)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)中小企業(yè)之間的資源溝通、共享，促進(jìn)自身的資源與技術(shù)實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化，提升自身創(chuàng)新力與企業(yè)運(yùn)行效率，降低中小企業(yè)對(duì)大型企業(yè)相關(guān)技術(shù)依賴(lài)。

2.5 制造與物流一體化服務(wù)平臺(tái)

隨著現(xiàn)代物流服務(wù)平臺(tái)的不斷發(fā)展，目前我國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的物流市場(chǎng)之一，但是關(guān)于大型制造業(yè)的物流較少，構(gòu)建制造業(yè)物流一體化平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)物流企業(yè)與機(jī)械生產(chǎn)制造企業(yè)之間的合作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件生產(chǎn)與用戶(hù)之間的銜接。

3 機(jī)械零件云平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 設(shè)計(jì)要求

目前，大批學(xué)者對(duì)云平臺(tái)的設(shè)計(jì)做了大量研究，但是關(guān)于云設(shè)計(jì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)仍需要完善與發(fā)展。在機(jī)械設(shè)計(jì)云平臺(tái)構(gòu)建中，由于云設(shè)計(jì)平臺(tái)的服務(wù)對(duì)象眾多，用戶(hù)數(shù)量較大，因此，機(jī)械零件云設(shè)計(jì)平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)用戶(hù)服務(wù)范圍內(nèi)的協(xié)同合作，并且實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化的全程跟蹤與管理，因此，機(jī)械零件云設(shè)計(jì)平臺(tái)應(yīng)該滿(mǎn)足平臺(tái)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范?；谛畔⒎?wù)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)與關(guān)鍵零部件參數(shù)優(yōu)化中涉及的制造資源進(jìn)行云服務(wù)集成，通過(guò)云服務(wù)的構(gòu)建與運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件云設(shè)計(jì)平臺(tái)的研發(fā)。

3.2 云平臺(tái)整體設(shè)計(jì)方案

根據(jù)云設(shè)計(jì)平臺(tái)的基本要求，搭建機(jī)械零件云設(shè)計(jì)平臺(tái)，主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖2可知，該平臺(tái)主要分為云提供端、云服務(wù)平臺(tái)和云請(qǐng)求端。云提供端主要是為機(jī)械零件涉及提供機(jī)械設(shè)計(jì)資源，如機(jī)械建模、機(jī)械仿真設(shè)計(jì)、機(jī)械制造資源和機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化測(cè)試等；云服務(wù)平臺(tái)主要是根據(jù)用戶(hù)要求，基于云設(shè)計(jì)平臺(tái)各項(xiàng)生產(chǎn)資源，按照要求進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)完成后將整體設(shè)計(jì)方案與參數(shù)移動(dòng)至云請(qǐng)求端口。

3.3 CBR關(guān)鍵技術(shù)

CBR技術(shù)又被稱(chēng)為R4循環(huán)技術(shù)，主要包括檢索(Retrieve)、重用(Reuse)、修正(Retain)、保存(Retain)4個(gè)工作步驟。主要工作流程圖如圖3所示。整個(gè)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(gè)部分。

圖3 CBR基本工作流程

1)機(jī)械描述。為了實(shí)現(xiàn)CBR檢索的準(zhǔn)確，需要對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的機(jī)械描述，但是過(guò)于繁瑣的描述會(huì)增加零部件檢索難度，對(duì)后續(xù)機(jī)械零件的加工與設(shè)計(jì)造成一定的不利影響，因此，需要用簡(jiǎn)短、精準(zhǔn)的語(yǔ)言進(jìn)行描述。

2)機(jī)械檢索。機(jī)械檢索是在大量的機(jī)械實(shí)例中按照條件進(jìn)行檢索，篩選出最合適的機(jī)械零件案例。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡可能的保證檢索的響應(yīng)時(shí)效，保證檢索機(jī)械資源或者歷史設(shè)計(jì)案例與設(shè)計(jì)相同或者相似。

3)機(jī)械修正。由于檢索的歷史設(shè)計(jì)案例不一定滿(mǎn)足當(dāng)前設(shè)計(jì)要求，因此，需要以歷史設(shè)計(jì)案例為基礎(chǔ)進(jìn)行修改，主要是進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化、整合與修正。

4)機(jī)械零件更新。CBR技術(shù)的主要特征就是進(jìn)行學(xué)習(xí)與補(bǔ)充，當(dāng)前云設(shè)計(jì)平臺(tái)無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)械設(shè)計(jì)要求時(shí)，就會(huì)時(shí)刻更新設(shè)計(jì)方案，并時(shí)刻更新設(shè)計(jì)系統(tǒng)，豐富機(jī)械設(shè)計(jì)案例數(shù)，提高云設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)際應(yīng)用能力。

4 機(jī)械零件智能設(shè)計(jì)云平臺(tái)

4.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

機(jī)械云設(shè)計(jì)平臺(tái)主要以工程機(jī)械設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化為研究對(duì)象，基于智能設(shè)計(jì)平臺(tái)，協(xié)助設(shè)計(jì)者進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化，達(dá)到縮短機(jī)械研發(fā)周期，提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率的目的。機(jī)械云設(shè)計(jì)平臺(tái)主要是采用Eclipse為研發(fā)工具，選取Java為編程語(yǔ)言，運(yùn)行在Windows8的環(huán)境中，數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型為Mysql。

4.2 基本操作

4.2.1 參數(shù)輸入

首先進(jìn)行機(jī)械云設(shè)計(jì)平臺(tái)，操作人員根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需求進(jìn)入“參數(shù)輸入”界面，輸入機(jī)械零件設(shè)計(jì)所需的參數(shù)值，可以對(duì)機(jī)械整個(gè)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行輸入，也可以選擇機(jī)械某個(gè)零部件參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)參數(shù)輸入。對(duì)于沒(méi)有設(shè)計(jì)參數(shù)要求的零件，云設(shè)計(jì)平臺(tái)會(huì)在后臺(tái)提供參數(shù)的權(quán)重，用戶(hù)也可以自行進(jìn)行修改。

4.2.2 機(jī)械項(xiàng)目匹配

在參數(shù)輸入完畢后，在平臺(tái)中選擇“智能匹配”，可以對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行相似度計(jì)算。計(jì)算完成后，可以得到相關(guān)匹配結(jié)果，根據(jù)實(shí)際需求選擇所需要的案例，并通過(guò)Sview實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品三維圖展示。

4.2.3 結(jié)果輸出

根據(jù)機(jī)械項(xiàng)目匹配結(jié)果，當(dāng)用戶(hù)選擇某一個(gè)案例后，單擊“導(dǎo)出匹配結(jié)果”，就可以查看相關(guān)機(jī)械零件參數(shù)等。

4.2.4 機(jī)械設(shè)計(jì)案例添加

當(dāng)用戶(hù)完成機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化、修正后，可以將本次設(shè)計(jì)案例“增加成功案例”，并將所設(shè)計(jì)的案例添加至云設(shè)計(jì)平臺(tái)案例庫(kù)中實(shí)現(xiàn)平臺(tái)資源更新。

5 結(jié)論

本研究系統(tǒng)論述了機(jī)械零件設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化的云設(shè)計(jì)平臺(tái)，并按照操作步驟對(duì)云設(shè)計(jì)平臺(tái)的應(yīng)用方法進(jìn)行論述。研究結(jié)果對(duì)于提升機(jī)械零件設(shè)計(jì)效率提供新的發(fā)展思路與技術(shù)借鑒。