机械零件参数优化与云设计平台研究

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随着工业的快速发展与制造业生产能力的逐渐提升，机械设计与制造成为工业发展与制造业水平提升的必备基础条件与支撑技术之一［１］。但是由于机械设计与制造行业涉及范围广泛，种类较多，不同地区和企业发展差距较大，自主创新能力落后等导致我国整体工业发展与制造业发展处于落后水平，限制了我国机械生产自主创新力的提升与发展［２］。机械设计与制造作为工业发展的重要推动力，机械零件的设计、生产与制造工序较为复杂，机械零件的生产效率提升与参数优化是目前机械设计与制造面临的重要工作。随着大数据技术和人工智能技术的逐渐发展与提升，结合云平台与大数据技术，搭建一种机械零件设计与优化智能云平台系统，并整合相关机械生产与制造企业，构建完善的机械零件设计与优化云平台，提高机械零件的生产效率，增强我国机械生产与工业发展的科研创新能力［３］。

１基础概念

１．１云制造技术

云制造技术主要是利用软件技术，对机械制造进行改革，实现制造业与电子信息技术的高度融合与发展［４］。云制造技术是在传统机械制造的基础上，根据机械设计要求，为用户提供全套的生产资源与服务，主要内容如图１所示。

１．２ＣＢＲ技术

ＣＢＲ技术是实例推理技术，目前已经广泛应用于人工智能生产领域，其基本工作原理是根据用户提出的机械设计需求，首先在机械案例库资源中寻找类似或者相同的设计案例，根据具体需求进行修正。

２云制造技术主要应用范围

２.１针对大型企业的设计与服务平台

大型企业在科技研发与发展中有稳定的资金支持，有助于企业自主创新能力的提升。大型企业生产部门较多，在企业运行过程中，程序较为复杂繁琐，运用云制造平台，可以将机械设计资源通过云平台共享，将各种资源快速发放至各个部门，可以支持多个部门之间的设计交流与协同研发，极大地提高企业的创新能力与运行效率。

２.２制造资源共享平台

由于我国地域辽阔，不同发展区间呈现出极大的差异性，为了保证资源共享与区域发展平衡，通过构建制造资源共享平台，可以均衡各地制造、生产资源的共享与发展。

２.３制造服务化支撑平台

随着我国机械生产与制造能力的不断提升，企业进行单一的机械设计与制造带来的生产效益与附属价值较低，通过完善机械设计与生产配套产品服务，对于提升企业生产效率具有重要意义。因此，通过构建服务化支撑平台，对于实现机械零件设计制造与服务一体化，提高企业整体生产效益与价值具有重要意义。

２.４中小企业协同工作服务平台

目前，我国机械设计与制造企业主要以中小企业为主，其主要特点是缺乏自身启动资金与技术，人才结构不完善，导致整体创新性较低。基于中小企业协同工作服务平台，可以实现中小企业之间的资源沟通、共享，促进自身的资源与技术实现价值最大化，提升自身创新力与企业运行效率，降低中小企业对大型企业相关技术依赖。

２.５制造与物流一体化服务平台

随着现代物流服务平台的不断发展，目前我国已经成为世界上最大的物流市场之一，但是关于大型制造业的物流较少，构建制造业物流一体化平台，可以实现物流企业与机械生产制造企业之间的合作，实现机械零件生产与用户之间的衔接。

３机械零件云平台关键技术

３．１设计要求

目前，大批学者对云平台的设计做了大量研究，但是关于云设计平台的设计细节仍需要完善与发展。在机械设计云平台构建中，由于云设计平台的服务对象众多，用户数量较大，因此，机械零件云设计平台需要实现用户服务范围内的协同合作，并且实现机械零件设计与参数优化的全程跟踪与管理，因此，机械零件云设计平台应该满足平台运行的标准与规范。基于信息服务技术与网络集成技术，对机械设计与关键零部件参数优化中涉及的制造资源进行云服务集成，通过云服务的构建与运行，实现机械零件云设计平台的研发。

３．２云平台整体设计方案

根据云设计平台的基本要求，搭建机械零件云设计平台，主要结构如图２所示。由图２可知，该平台主要分为云提供端、云服务平台和云请求端。云提供端主要是为机械零件涉及提供机械设计资源，如机械建模、机械仿真设计、机械制造资源和机械结构参数优化测试等；云服务平台主要是根据用户要求，基于云设计平台各项生产资源，按照要求进行机械设计；机械设计完成后将整体设计方案与参数移动至云请求端口。

３．３ＣＢＲ关键技术

ＣＢＲ技术又被称为Ｒ４循环技术，主要包括检索（Ｒｅｔｒｉｅｖｅ）、重用（Ｒｅｕｓｅ）、修正（Ｒｅｔａｉｎ）、保存（Ｒｅｔａｉｎ）４个工作步骤。主要工作流程图如图３所示。整个工作流程主要包括零件描述、零件检索、零件修正和零件更新共４个部分。１）机械描述。为了实现ＣＢＲ检索的准确，需要对机械零件进行全面、准确的机械描述，但是过于繁琐的描述会增加零部件检索难度，对后续机械零件的加工与设计造成一定的不利影响，因此，需要用简短、精准的语言进行描述。２）机械检索。机械检索是在大量的机械实例中按照条件进行检索，筛选出最合适的机械零件案例。在进行机械设计时应该尽可能的保证检索的响应时效，保证检索机械资源或者历史设计案例与设计相同或者相似。３）机械修正。由于检索的历史设计案例不一定满足当前设计要求，因此，需要以历史设计案例为基础进行修改，主要是进行参数优化、整合与修正。４）机械零件更新。ＣＢＲ技术的主要特征就是进行学习与补充，当前云设计平台无法满足机械设计要求时，就会时刻更新设计方案，并时刻更新设计系统，丰富机械设计案例数，提高云设计平台实际应用能力。图３ＣＢＲ基本工作流程

４机械零件智能设计云平台

４．１系统简介

机械云设计平台主要以工程机械设计与参数优化为研究对象，基于智能设计平台，协助设计者进行机械设计与参数优化，达到缩短机械研发周期，提高机械设计效率的目的。机械云设计平台主要是采用Ｅｃｌｉｐｓｅ为研发工具，选取Ｊａｖａ为编程语言，运行在Ｗｉｎｄｏｗｓ８的环境中，数据库类型为Ｍｙｓｑｌ。

４．２基本操作

４．２．１参数输入

首先进行机械云设计平台，操作人员根据自己的设计需求进入“参数输入”界面，输入机械零件设计所需的参数值，可以对机械整个系统参数进行输入，也可以选择机械某个零部件参数进行单独参数输入。对于没有设计参数要求的零件，云设计平台会在后台提供参数的权重，用户也可以自行进行修改。

４．２．２机械项目匹配

在参数输入完毕后，在平台中选择“智能匹配”，可以对设计零件进行相似度计算。计算完成后，可以得到相关匹配结果，根据实际需求选择所需要的案例，并通过Ｓｖｉｅｗ实现产品三维图展示。

４．２．３结果输出

根据机械项目匹配结果，当用户选择某一个案例后，单击“导出匹配结果”，就可以查看相关机械零件参数等。

４．２．４机械设计案例添加

当用户完成机械产品的设计与参数优化、修正后，可以将本次设计案例“增加成功案例”，并将所设计的案例添加至云设计平台案例库中实现平台资源更新。

５结论

本研究系统论述了机械零件设计与参数优化的云设计平台，并按照操作步骤对云设计平台的应用方法进行论述。研究结果对于提升机械零件设计效率提供新的发展思路与技术借鉴。

参考文献：

［１］何奇善，任学刚，程钢，等．基于云平台和声学指纹的磨煤机运行状态监测系统设计与应用［Ｊ］．物联网技术，２０２２，１２（７）：１２－１４．

［２］马静．基于云平台的造纸机监控系统设计［Ｊ］．造纸科学与技术，２０２１，４０（６）：４９－５２．

［３］陈子旭，卢国梁，叶新来，等．旋转机械运行大数据综合实验云平台的设计及教学实践［Ｊ］．中国现代教育装备，２０２２（３）：１－３．

［４］李媛，马秀丽，杨祖业，等．重型机械设备智能管理云平台设计［Ｊ］．中国仪器仪表，２０２２（４）：４９－５３．（０５）

作者：杨光 单位：新乡职业技术学院