機械零件參數優化與云設計平臺關鍵技術研究

楊 光

(新鄉職業技術學院，河南 新鄉 453000)

0 引言

隨著工業的快速發展與制造業生產能力的逐漸提升，機械設計與制造成為工業發展與制造業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涉及范圍廣泛，種類較多，不同地區和企業發展差距較大，自主創新能力落后等導致我國整體工業發展與制造業發展處于落后水平，限制了我國機械生產自主創新力的提升與發展[2]。

機械設計與制造作為工業發展的重要推動力，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優化是目前機械設計與制造面臨的重要工作。隨著大數據技術和人工智能技術的逐漸發展與提升，結合云平臺與大數據技術，搭建一種機械零件設計與優化智能云平臺系統，并整合相關機械生產與制造企業，構建完善的機械零件設計與優化云平臺，提高機械零件的生產效率，增強我國機械生產與工業發展的科研創新能力[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，實現制造業與電子信息技術的高度融合與發展[4]。云制造技術是在傳統機械制造的基礎上，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 針對大型企業的設計與服務平臺

大型企業在科技研發與發展中有穩定的資金支持，有助于企業自主創新能力的提升。大型企業生產部門較多，在企業運行過程中，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，將各種資源快速發放至各個部門，可以支持多個部門之間的設計交流與協同研發，極大地提高企業的創新能力與運行效率。

2.2 制造資源共享平臺

由于我國地域遼闊，不同發展區間呈現出極大的差異性，為了保證資源共享與區域發展平衡，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，對于實現機械零件設計制造與服務一體化，提高企業整體生產效益與價值具有重要意義。

2.4 中小企業協同工作服務平臺

目前，我國機械設計與制造企業主要以中小企業為主，其主要特點是缺乏自身啟動資金與技術，人才結構不完善，導致整體創新性較低。基于中小企業協同工作服務平臺，可以實現中小企業之間的資源溝通、共享，促進自身的資源與技術實現價值最大化，提升自身創新力與企業運行效率，降低中小企業對大型企業相關技術依賴。

2.5 制造與物流一體化服務平臺

隨著現代物流服務平臺的不斷發展，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的物流較少，構建制造業物流一體化平臺，可以實現物流企業與機械生產制造企業之間的合作，實現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仍需要完善與發展。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，用戶數量較大，因此，機械零件云設計平臺需要實現用戶服務范圍內的協同合作，并且實現機械零件設計與參數優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范。基于信息服務技術與網絡集成技術，對機械設計與關鍵零部件參數優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，實現機械零件云設計平臺的研發。

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優化測試等；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，主要是進行參數優化、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，豐富機械設計案例數，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 系統簡介

機械云設計平臺主要以工程機械設計與參數優化為研究對象，基于智能設計平臺，協助設計者進行機械設計與參數優化，達到縮短機械研發周期，提高機械設計效率的目的。機械云設計平臺主要是采用Eclipse為研發工具，選取Java為編程語言，運行在Windows8的環境中，數據庫類型為Mysql。

4.2 基本操作

4.2.1 參數輸入

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“參數輸入”界面，輸入機械零件設計所需的參數值，可以對機械整個系統參數進行輸入，也可以選擇機械某個零部件參數進行單獨參數輸入。對于沒有設計參數要求的零件，云設計平臺會在后臺提供參數的權重，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優化、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平臺資源更新。

5 結論

本研究系統論述了機械零件設計與參數優化的云設計平臺，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展思路與技術借鑒。