制造業是國民經濟的支柱產業，而磨削加工技術是制造技術中的重要內容，是現代機械制造業實現精密加工、超精密加工中最有效、應用最廣的工藝技術。制造業服務化和信息化是當前制造業發展的兩大趨勢。制造業服務化是向產品產生過程和使用過程所提供的各種形式服務的總稱，制造企業是服務的主體或客體之一。制造業信息化的范疇涉及產品開發、生產和營銷過程等價值鏈的各個方面，它經歷了從低級到高級、從簡單到復雜的發展過程；信息技術對制造業服務化的影響很大，信息技術的發展使服務越來越便利，并使過去許多不可能的服務成為可能。制造業服務化將信息化作為提供服務的平臺和工具，并借助信息化手段把服務向業務鏈的前端和后端延伸，從而擴大了服務范圍，拓展了服務群體，且能夠快速地獲得用戶的反饋信息，不斷地優化服務內容，持續改進服務質量。
縱觀國內外文獻報道，雖然信息技術和制造技術的融合迄今已經取得了眾多進展，在企業應用系統(如CAD、CAPP、CAM 等)的研究開發與集成方面已經取得了很大成績，但在信息化制造理論和方法方面進行系統的研究尚不多見，目前還存在以下幾個方面的問題：
① 制造企業信息化發展不均衡，企業間差距較大，應用技術水平參差不齊，部分中小企業信息化建設能力較弱；
②雖然個別制造企業信息化單元技術的應用已有一定的水平，但集成應用度不高，信息化的應用還有待深化；
③ 企業對信息的安全性認識不夠，信息安全系統建設欠缺，信息安全工作需進一步加強口]。
近年來，一種新的服務化計算模式——云計算(cloud computing)正在興起。云計算的理念是，由專業計算機和網絡公司搭建計算機存儲和計算服務中心，把資源虛擬化為“云”后集中存儲起來，為用戶提供服務。云計算為解決當前信息化制造存在的問題提供了新的思路和契機。
本文介紹了工業云和云制造的特點，提出將云計算應用到磨削加工領域的思想，構建了智能磨削云平臺，介紹了其關鍵技術，以及運用云計算技術開發的相關磨削云軟件的應用情況，并展望了智能磨削云平臺的發展趨勢。
1、工業云和云制造
工業云是在云計算模式下對工業企業提供軟件服務，使工業企業的社會資源實現共享化的一種新的概念。工業云有望成為我國中小型工業企業進行信息化建設的另外一個理想選擇，因為工業云的出現將大大降低我國制造業信息建設的門檻。
云制造，是在“制造即服務”理念的基礎上，借鑒云計算思想發展起來的一個新概念。云制造是先進的信息技術、制造技術以及新興物聯網技術等交叉融合的產品，是“制造即服務”理念的體現。云制造采取包括云計算在內的當代信息技術前沿理念，支持制造業在廣泛的網絡資源環境下，為產品提供高附加值、低成本和全球化制造的服務，實現制造資源的高度共享。云制造通過建立共享制造資源的公共服務平臺，將巨大的社會制造資源池連接在一起，提供各種制造服務，以實現制造資源與服務的開放協作以及社會資源的高度共享。企業用戶無需再投入高昂的成本來購買加工設備等資源，可以通過咨詢公共平臺來租賃制造資源。在理想情況下，云制造將實現對產品開發、生產、銷售、使用等全生命周期的相關資源的整合，提供標準、規范、可共享的制造服務模式。這種制造模式可以使制造業用戶像用水、電、煤氣一樣便捷地使用各種制造服務。
制造資源包括制造全生命周期活動中的各類制造設備(如機床、加工中心、計算設備)及制造過程中的各種模型、數據、軟件、領域知識等。為了實現制造資源的虛擬化、優化調度和協同互聯，可融合語義Web、嵌入式系統技術、物聯網、高效能計算等新技術。另外，高性能計算機的應用和高性能計算技術的發展為求解復雜的制造問題和開展大規模協同制造提供了可能。云制造的運行原理如圖1所示。
智能磨削云平臺是工業云和云制造技術在磨削加工領域的應用，它結合云計算技術、云制造技術、磨削工藝智能化技術，以分布式高性能計算機系統、大容量數據存儲設備和互聯網環境等資源為基礎，為各大磨床制造廠商提供基于各類磨削裝備的磨削數據庫系統，實現知識數據的積累，另外，該平臺也給磨削加工企業提供各類加工制造方面的技術服務，實現磨削加工信息查詢、工藝方案智能優選、工藝優化、誤差分析與補償、磨削加工過程仿真、自動編程等功能，充分發揮現有磨床的潛在性能。智能磨削云平臺是聯合國內各大磨床制造廠商和磨削加工企業共同開發而成的，網絡終端用戶能夠方便快捷地連接上它而獲得服務。
2、智能磨削云平臺的構建
基于以上分析，本文在研究智能磨削的基礎上，引入工業云及云制造技術，建立集成云制造與磨削工藝智能化的智能磨削云平臺(圖2)，為各大磨床制造廠商提供基于各類磨削裝備的磨削數據庫系統，給磨削加工企業提供各類加工制造方面的技術服務。該智能磨削云平臺可提供遠程實時有效的加工指導，具有很強的開拓性和前瞻性。
智能磨削云平臺的結構如圖3所示，主要包括三個部分：基于云計算的磨削數據服務客戶端、云計算服務管理平臺、分布式磨削工藝數據庫管理平臺。
基于云計算的磨削數據服務客戶端根據具體的需求對磨削云服務進行自主選擇，如圖4所示。磨削云服務的主要功能包括工藝實例智能推理決策、3D加工仿真、磨削工藝預報、誤差分析與補償、數控代碼自動生成以及對數據庫系統的擴充維護等。這些服務均是通過智能磨削云端服務來完成的。
數據庫資源池通過數據倉庫、數據挖掘等技術實現對磨削工藝數據庫的檢索、重用、修改、存儲、刪除、更新等操作，以此保證磨削工藝數據庫知識的完備實時準確，從而正確地指導磨削云的服務工作。
云計算服務管理平臺采用虛擬化技術將分散的制造資源和制造能力虛擬地接入到磨削云平臺中，形成虛擬資源并聚集在虛擬資源池中，從而隱藏底層資源的復雜性和動態性，為智能磨削云平臺實現面向服務的資源高效共享與協同支持。云計算服務管理平臺運營商將智能磨削云平臺的服務功能通過網絡傳遞給遠程用戶，并將結果文件進行反饋以實現智能磨削云平臺的更新。云計算服務管理平臺涉及的主要技術包括資源虛擬和分布式并行計算架構兩大核心技術，以及數據傳輸安全技術、認證與鑒權體系等。
分布式磨削工藝數據庫的結構框圖如圖5所示。該數據庫將磨削加工過程中的各生產要素、工藝參數(主要包括機床、冷卻液、材質、磨料磨具、實例、規則、模型圖表、工藝參數等)有機集成，并根據這些要素和參數之間內在的邏輯映射規則以及數學拓撲關系進行異構，最終形成一個有機結合的磨削工藝數據庫系統。
3、智能磨削云平臺的關鍵技術
智能磨削云平臺的關鍵技術主要包括以下內容：
(1)磨削工藝數據庫。該數據庫集成了機床庫、磨料磨具庫、材料庫、冷卻液庫、實例庫、規則庫、模型庫、圖表庫、工藝參數庫等，涵蓋了磨削工藝領域的各重要環節，并存儲了大量的工藝數據。
(2)磨削加工工藝方案智能決策技術。制訂基于實例推理和規則推理的混合推理模式，以及遺傳神經網絡等智能優化算法的磨削加工工藝方案，發展磨料磨具設計制備與選用的智能決策技術，采用粗糙集理論、層次分析法、組合賦權法、分層過濾機制等實現基于實例推理技術，并建立不同方案的效用評價體系及自動評價實現技術。
(3)磨削加工工藝優化技術。針對磨削加工過程中零件輪廓復雜性，考慮其質量要求和工藝系統的加工能力，并結合磨削質量預報技術，進行加工軌跡與速度加速度的優化，實現加工精度和加工效率的同步提高。
(4)磨削加工誤差分析與補償技術。通過對加工后的實際輪廓表面測量來提取誤差信息并進行科學分析，將其與理論輪廓線或(和)虛擬加工仿真輪廓線進行匹配，通過誤差分析了解誤差的變化情況，并根據誤差變化進行預測，以調整整個磨削工藝系統的補償誤差。
(5)磨削加工過程幾何仿真技術。建立數控磨削加工的虛擬環境，實現對復雜輪廓零件的虛擬數控磨削加工，在虛擬磨削加工過程中提取磨具、頭架、尾架、中心架、工作臺、夾具等模型之間的相對位置，檢查碰撞、干涉及撞刀現象。
(6)磨削質量預報技術。對經智能優化的工藝方案的磨削結果進行預報，在優化工藝方案正式實施前了解其磨削加工結果。復雜輪廓零件的磨削幾何形狀通過幾何仿真了解，加工表面質量(主要指輪廓精度、表面粗糙度等)主要采用遺傳神經網絡的方法來進行預報(預測)。
(7)磨削加工的自動編程技術。針對特定零件的結構特征，將測量數據通過模型轉換為實際加工數據，并利用計算機技術實現數控代碼的自動編制。
(8)云計算技術。該技術主要基于資源虛擬和分布式并行架構兩大核心技術，同時也利用互聯網上的大量開源軟件為用戶提供支撐。虛擬化技術主要分為兩個層面：物理資源池化和資源池管理。其中，物理資源池化是把物理設備由大化小的過程，即將一個物理設備虛擬為多個性能可配的最小資源單位；資源池管理是對集群中虛擬化后的最小資源單位進行管理，即根據資源的使用情況和用戶對資源的申請情況，按照一定的策略對資源進行靈活分配和調度，實現資源的按需分配。
4、基于智能磨削云平臺已開發的軟件應用產品
近來，筆者基于智能磨削云平臺成功開發了凸輪軸數控磨削工藝智能專家數據庫系統CSIDB、凸輪軸數控磨削工藝智能應用系統CSGIA、磨削工藝數據庫系統GPDB、凸輪軸數控磨削加工輔助軟件CGAS和典型零件高效精密磨削工藝數據庫系統FCGDB。其中，CSIDB、GPDB和FCGDB是基于Interbase的三層分布式應用體系結構開發的，集成了機床庫、磨料磨具庫、材質庫、冷卻液庫、實例庫、規則庫、模型庫、圖表庫、工藝參數庫等，涵蓋了磨削工藝領域的各重要環節，存儲了大量的相關工藝數據。CSGIA在CSIDB的基礎之上，針對凸輪軸的磨削加工增加了工藝問題定義、專家系統推理、誤差分析與補償、工藝智能優化、工藝預報、自動數控編程、工藝系統3D 運動仿真、工藝結果輸出等8項重要功能。
CSGIA V1．0于2009年11月12日經湖南省軟件評測中心進行全面測試，成功通過測評，可應用于指導實踐加工。
該系統于2011年9月進行了網絡化測試：利用計算機“遠程桌面連接”功能，遠程登錄北京市云計算關鍵技術及應用重點實驗室的虛擬機，對其進行操作控制，在虛擬機上進行軟件安裝和功能測試，各功能模塊都能正常運行。
CSIDB、CSGIA成功應用于湖大海捷制造技術有限公司開發的CNC8312A 型數控高速凸輪軸磨床上，結果發現，凸輪軸數控磨削工藝系統的操作時間縮短了2O 以上，生產效率提高了25 ，生產過程中凸輪軸的廢品率顯著降低。
基于無心磨床和軸承磨床的GPDB已經成功應用于無錫機床股份有限公司。該系統提高了無心磨削與軸承磨削的加工精度和加工效率，增強了磨削加工的柔性。該系統操作界面簡潔，具有良好的人機交互性，為無錫機床股份有限公司進一步提高無心磨床和軸承磨床的質量指標提供了有力的技術支撐。
基于浙江玉環傳動機械有限公司現有的凸輪軸磨床開發的CGAS，對30多種型號的凸輪軸進行加工，所獲得產品的精度完全達到了客戶的要求，而且人力資本、固定資本大幅降低，這些優勢幫助該公司打開了中小凸輪軸生產企業的凸輪軸數控磨床市場。
FCGDB是針對國家高技術研究發展計劃(863計劃)資助重點項目中典型零件開發的處理其高效精密磨削復雜工藝的智能化工藝管理系統。
5、智能磨削云平臺發展趨勢
未來，智能磨削云平臺將致力于以下領域的研究與應用：
(1)為各大磨床、磨料磨具制造廠商提供基于各類磨削裝備及磨料磨具的磨削工藝智能專家數據庫系統，實現磨削工藝知識數據的積累與重用。
(2)為磨削加工企業提供各類磨削加工制造方面的整體工藝方案技術服務，實現磨削加工信息查詢、工藝方案智能優選(磨削加工和磨料磨具設計制備方案)、工藝優化、誤差分析與補償、磨削加工過程仿真、自動編程等功能。
(3)配套應用于中小型數控磨床制造企業或嵌入數控系統，提高數控磨床的智能化水平和加工柔性。
(4)深入研究并集成云制造與磨削工藝智能化技術，進一步實現磨削加工的服務化與信息化。
(5)將智能磨削云平臺擴展應用到其他加工和信息化服務領域。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/
本文標題：基于云計算的智能磨削云平臺的研究與應用
本文網址：http://www.guhuozai8.cn/html/consultation/1083975257.html
相關文章
