制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，而磨削加工技術(shù)是制造技術(shù)中的重要內(nèi)容，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)精密加工、超精密加工中最有效、應(yīng)用最廣的工藝技術(shù)。制造業(yè)服務(wù)化和信息化是當(dāng)前制造業(yè)發(fā)展的兩大趨勢(shì)。制造業(yè)服務(wù)化是向產(chǎn)品產(chǎn)生過(guò)程和使用過(guò)程所提供的各種形式服務(wù)的總稱(chēng)，制造企業(yè)是服務(wù)的主體或客體之一。制造業(yè)信息化的范疇涉及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和營(yíng)銷(xiāo)過(guò)程等價(jià)值鏈的各個(gè)方面，它經(jīng)歷了從低級(jí)到高級(jí)、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程；信息技術(shù)對(duì)制造業(yè)服務(wù)化的影響很大，信息技術(shù)的發(fā)展使服務(wù)越來(lái)越便利，并使過(guò)去許多不可能的服務(wù)成為可能。制造業(yè)服務(wù)化將信息化作為提供服務(wù)的平臺(tái)和工具，并借助信息化手段把服務(wù)向業(yè)務(wù)鏈的前端和后端延伸，從而擴(kuò)大了服務(wù)范圍，拓展了服務(wù)群體，且能夠快速地獲得用戶的反饋信息，不斷地優(yōu)化服務(wù)內(nèi)容，持續(xù)改進(jìn)服務(wù)質(zhì)量。

　　縱觀國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道，雖然信息技術(shù)和制造技術(shù)的融合迄今已經(jīng)取得了眾多進(jìn)展，在企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)(如CAD、CAPP、CAM 等)的研究開(kāi)發(fā)與集成方面已經(jīng)取得了很大成績(jī)，但在信息化制造理論和方法方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究尚不多見(jiàn)，目前還存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

　�、� 制造企業(yè)信息化發(fā)展不均衡，企業(yè)間差距較大，應(yīng)用技術(shù)水平參差不齊，部分中小企業(yè)信息化建設(shè)能力較弱；

　　②雖然個(gè)別制造企業(yè)信息化單元技術(shù)的應(yīng)用已有一定的水平，但集成應(yīng)用度不高，信息化的應(yīng)用還有待深化；

　�、� 企業(yè)對(duì)信息的安全性認(rèn)識(shí)不夠，信息安全系統(tǒng)建設(shè)欠缺，信息安全工作需進(jìn)一步加強(qiáng)口]。

　　近年來(lái)，一種新的服務(wù)化計(jì)算模式——云計(jì)算(cloud computing)正在興起。云計(jì)算的理念是，由專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)公司搭建計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和計(jì)算服務(wù)中心，把資源虛擬化為“云”后集中存儲(chǔ)起來(lái)，為用戶提供服務(wù)。云計(jì)算為解決當(dāng)前信息化制造存在的問(wèn)題提供了新的思路和契機(jī)。

　　本文介紹了工業(yè)云和云制造的特點(diǎn)，提出將云計(jì)算應(yīng)用到磨削加工領(lǐng)域的思想，構(gòu)建了智能磨削云平臺(tái)，介紹了其關(guān)鍵技術(shù)，以及運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)開(kāi)發(fā)的相關(guān)磨削云軟件的應(yīng)用情況，并展望了智能磨削云平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　1、工業(yè)云和云制造

　　工業(yè)云是在云計(jì)算模式下對(duì)工業(yè)企業(yè)提供軟件服務(wù)，使工業(yè)企業(yè)的社會(huì)資源實(shí)現(xiàn)共享化的一種新的概念。工業(yè)云有望成為我國(guó)中小型工業(yè)企業(yè)進(jìn)行信息化建設(shè)的另外一個(gè)理想選擇，因?yàn)楣�業(yè)云的出現(xiàn)將大大降低我國(guó)制造業(yè)信息建設(shè)的門(mén)檻。

　　云制造，是在“制造即服務(wù)”理念的基礎(chǔ)上，借鑒云計(jì)算思想發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新概念。云制造是先進(jìn)的信息技術(shù)、制造技術(shù)以及新興物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等交叉融合的產(chǎn)品，是“制造即服務(wù)”理念的體現(xiàn)。云制造采取包括云計(jì)算在內(nèi)的當(dāng)代信息技術(shù)前沿理念，支持制造業(yè)在廣泛的網(wǎng)絡(luò)資源環(huán)境下，為產(chǎn)品提供高附加值、低成本和全球化制造的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)制造資源的高度共享。云制造通過(guò)建立共享制造資源的公共服務(wù)平臺(tái)，將巨大的社會(huì)制造資源池連接在一起，提供各種制造服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)制造資源與服務(wù)的開(kāi)放協(xié)作以及社會(huì)資源的高度共享。企業(yè)用戶無(wú)需再投入高昂的成本來(lái)購(gòu)買(mǎi)加工設(shè)備等資源，可以通過(guò)咨詢(xún)公共平臺(tái)來(lái)租賃制造資源。在理想情況下，云制造將實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、使用等全生命周期的相關(guān)資源的整合，提供標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、可共享的制造服務(wù)模式。這種制造模式可以使制造業(yè)用戶像用水、電、煤氣一樣便捷地使用各種制造服務(wù)。

　　制造資源包括制造全生命周期活動(dòng)中的各類(lèi)制造設(shè)備(如機(jī)床、加工中心、計(jì)算設(shè)備)及制造過(guò)程中的各種模型、數(shù)據(jù)、軟件、領(lǐng)域知識(shí)等。為了實(shí)現(xiàn)制造資源的虛擬化、優(yōu)化調(diào)度和協(xié)同互聯(lián)，可融合語(yǔ)義Web、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、高效能計(jì)算等新技術(shù)。另外，高性能計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和高性能計(jì)算技術(shù)的發(fā)展為求解復(fù)雜的制造問(wèn)題和開(kāi)展大規(guī)模協(xié)同制造提供了可能。云制造的運(yùn)行原理如圖1所示。
 

　　智能磨削云平臺(tái)是工業(yè)云和云制造技術(shù)在磨削加工領(lǐng)域的應(yīng)用，它結(jié)合云計(jì)算技術(shù)、云制造技術(shù)、磨削工藝智能化技術(shù)，以分布式高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境等資源為基礎(chǔ)，為各大磨床制造廠商提供基于各類(lèi)磨削裝備的磨削數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)數(shù)據(jù)的積累，另外，該平臺(tái)也給磨削加工企業(yè)提供各類(lèi)加工制造方面的技術(shù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)磨削加工信息查詢(xún)、工藝方案智能優(yōu)選、工藝優(yōu)化、誤差分析與補(bǔ)償、磨削加工過(guò)程仿真、自動(dòng)編程等功能，充分發(fā)揮現(xiàn)有磨床的潛在性能。智能磨削云平臺(tái)是聯(lián)合國(guó)內(nèi)各大磨床制造廠商和磨削加工企業(yè)共同開(kāi)發(fā)而成的，網(wǎng)絡(luò)終端用戶能夠方便快捷地連接上它而獲得服務(wù)。

　　2、智能磨削云平臺(tái)的構(gòu)建

　　基于以上分析，本文在研究智能磨削的基礎(chǔ)上，引入工業(yè)云及云制造技術(shù)，建立集成云制造與磨削工藝智能化的智能磨削云平臺(tái)(圖2)，為各大磨床制造廠商提供基于各類(lèi)磨削裝備的磨削數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，給磨削加工企業(yè)提供各類(lèi)加工制造方面的技術(shù)服務(wù)。該智能磨削云平臺(tái)可提供遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)有效的加工指導(dǎo)，具有很強(qiáng)的開(kāi)拓性和前瞻性。
 

　　智能磨削云平臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括三個(gè)部分：基于云計(jì)算的磨削數(shù)據(jù)服務(wù)客戶端、云計(jì)算服務(wù)管理平臺(tái)、分布式磨削工藝數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)。
　
 

　　基于云計(jì)算的磨削數(shù)據(jù)服務(wù)客戶端根據(jù)具體的需求對(duì)磨削云服務(wù)進(jìn)行自主選擇，如圖4所示。磨削云服務(wù)的主要功能包括工藝實(shí)例智能推理決策、3D加工仿真、磨削工藝預(yù)報(bào)、誤差分析與補(bǔ)償、數(shù)控代碼自動(dòng)生成以及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的擴(kuò)充維護(hù)等。這些服務(wù)均是通過(guò)智能磨削云端服務(wù)來(lái)完成的。
 

　　數(shù)據(jù)庫(kù)資源池通過(guò)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索、重用、修改、存儲(chǔ)、刪除、更新等操作，以此保證磨削工藝數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)的完備實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，從而正確地指導(dǎo)磨削云的服務(wù)工作。

　　云計(jì)算服務(wù)管理平臺(tái)采用虛擬化技術(shù)將分散的制造資源和制造能力虛擬地接入到磨削云平臺(tái)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(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，為智能磨削云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)的資源高效共享與協(xié)同支持。云計(jì)算服務(wù)管理平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商將智能磨削云平臺(tái)的服務(wù)功能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞給遠(yuǎn)程用戶，并將結(jié)果文件進(jìn)行反饋以實(shí)現(xiàn)智能磨削云平臺(tái)的更新。云計(jì)算服務(wù)管理平臺(tái)涉及的主要技術(shù)包括資源虛擬和分布式并行計(jì)算架構(gòu)兩大核心技術(shù)，以及數(shù)據(jù)傳輸安全技術(shù)、認(rèn)證與鑒權(quán)體系等。

　　分布式磨削工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。該數(shù)據(jù)庫(kù)將磨削加工過(guò)程中的各生產(chǎn)要素、工藝參數(shù)(主要包括機(jī)床、冷卻液、材質(zhì)、磨料磨具、實(shí)例、規(guī)則、模型圖表、工藝參數(shù)等)有機(jī)集成，并根據(jù)這些要素和參數(shù)之間內(nèi)在的邏輯映射規(guī)則以及數(shù)學(xué)拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行異構(gòu)，最終形成一個(gè)有機(jī)結(jié)合的磨削工藝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。
 

　　3、智能磨削云平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)

　　智能磨削云平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下內(nèi)容：

　　(1)磨削工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)集成了機(jī)床庫(kù)、磨料磨具庫(kù)、材料庫(kù)、冷卻液庫(kù)、實(shí)例庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、模型庫(kù)、圖表庫(kù)、工藝參數(shù)庫(kù)等，涵蓋了磨削工藝領(lǐng)域的各重要環(huán)節(jié)，并存儲(chǔ)了大量的工藝數(shù)據(jù)。

　　(2)磨削加工工藝方案智能決策技術(shù)。制訂基于實(shí)例推理和規(guī)則推理的混合推理模式，以及遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能優(yōu)化算法的磨削加工工藝方案，發(fā)展磨料磨具設(shè)計(jì)制備與選用的智能決策技術(shù)，采用粗糙集理論、層次分析法、組合賦權(quán)法、分層過(guò)濾機(jī)制等實(shí)現(xiàn)基于實(shí)例推理技術(shù)，并建立不同方案的效用評(píng)價(jià)體系及自動(dòng)評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

　　(3)磨削加工工藝優(yōu)化技術(shù)。針對(duì)磨削加工過(guò)程中零件輪廓復(fù)雜性，考慮其質(zhì)量要求和工藝系統(tǒng)的加工能力，并結(jié)合磨削質(zhì)量預(yù)報(bào)技術(shù)，進(jìn)行加工軌跡與速度加速度的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)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(bǔ)償技術(shù)。通過(guò)對(duì)加工后的實(shí)際輪廓表面測(cè)量來(lái)提取誤差信息并進(jìn)行科學(xué)分析，將其與理論輪廓線或(和)虛擬加工仿真輪廓線進(jìn)行匹配，通過(guò)誤差分析了解誤差的變化情況，并根據(jù)誤差變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，以調(diào)整整個(gè)磨削工藝系統(tǒng)的補(bǔ)償誤差。

　　(5)磨削加工過(guò)程幾何仿真技術(shù)。建立數(shù)控磨削加工的虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜輪廓零件的虛擬數(shù)控磨削加工，在虛擬磨削加工過(guò)程中提取磨具、頭架、尾架、中心架、工作臺(tái)、夾具等模型之間的相對(duì)位置，檢查碰撞、干涉及撞刀現(xiàn)象。

　　(6)磨削質(zhì)量預(yù)報(bào)技術(shù)。對(duì)經(jīng)智能優(yōu)化的工藝方案的磨削結(jié)果進(jìn)行預(yù)報(bào)，在優(yōu)化工藝方案正式實(shí)施前了解其磨削加工結(jié)果。復(fù)雜輪廓零件的磨削幾何形狀通過(guò)幾何仿真了解，加工表面質(zhì)量(主要指輪廓精度、表面粗糙度等)主要采用遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法來(lái)進(jìn)行預(yù)報(bào)(預(yù)測(cè))。

　　(7)磨削加工的自動(dòng)編程技術(shù)。針對(duì)特定零件的結(jié)構(gòu)特征，將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)模型轉(zhuǎn)換為實(shí)際加工數(shù)據(jù)，并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)控代碼的自動(dòng)編制。

　　(8)云計(jì)算技術(shù)。該技術(shù)主要基于資源虛擬和分布式并行架構(gòu)兩大核心技術(shù)，同時(shí)也利用互聯(lián)網(wǎng)上的大量開(kāi)源軟件為用戶提供支撐。虛擬化技術(shù)主要分為兩個(gè)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(shè)備由大化小的過(guò)程，即將一個(gè)物理設(shè)備虛擬為多個(gè)性能可配的最小資源單位；資源池管理是對(duì)集群中虛擬化后的最小資源單位進(jìn)行管理，即根據(jù)資源的使用情況和用戶對(duì)資源的申請(qǐng)情況，按照一定的策略對(duì)資源進(jìn)行靈活分配和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)資源的按需分配。

　　4、基于智能磨削云平臺(tái)已開(kāi)發(fā)的軟件應(yīng)用產(chǎn)品

　　近來(lái)，筆者基于智能磨削云平臺(tái)成功開(kāi)發(fā)了凸輪軸數(shù)控磨削工藝智能專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)CSIDB、凸輪軸數(shù)控磨削工藝智能應(yīng)用系統(tǒng)CSGIA、磨削工藝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)GPDB、凸輪軸數(shù)控磨削加工輔助軟件CGAS和典型零件高效精密磨削工藝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)FCGDB。其中，CSIDB、GPDB和FCGDB是基于Interbase的三層分布式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的，集成了機(jī)床庫(kù)、磨料磨具庫(kù)、材質(zhì)庫(kù)、冷卻液庫(kù)、實(shí)例庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、模型庫(kù)、圖表庫(kù)、工藝參數(shù)庫(kù)等，涵蓋了磨削工藝領(lǐng)域的各重要環(huán)節(jié)，存儲(chǔ)了大量的相關(guān)工藝數(shù)據(jù)。CSGIA在CSIDB的基礎(chǔ)之上，針對(duì)凸輪軸的磨削加工增加了工藝問(wèn)題定義、專(zhuān)家系統(tǒng)推理、誤差分析與補(bǔ)償、工藝智能優(yōu)化、工藝預(yù)報(bào)、自動(dòng)數(shù)控編程、工藝系統(tǒng)3D 運(yùn)動(dòng)仿真、工藝結(jié)果輸出等8項(xiàng)重要功能。

　　CSGIA V1．0于2009年11月12日經(jīng)湖南省軟件評(píng)測(cè)中心進(jìn)行全面測(cè)試，成功通過(guò)測(cè)評(píng)，可應(yīng)用于指導(dǎo)實(shí)踐加工。

　　該系統(tǒng)于2011年9月進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試：利用計(jì)算機(jī)“遠(yuǎn)程桌面連接”功能，遠(yuǎn)程登錄北京市云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的虛擬機(jī)，對(duì)其進(jìn)行操作控制，在虛擬機(jī)上進(jìn)行軟件安裝和功能測(cè)試，各功能模塊都能正常運(yùn)行。

　　CSIDB、CSGIA成功應(yīng)用于湖大海捷制造技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的CNC8312A 型數(shù)控高速凸輪軸磨床上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，凸輪軸數(shù)控磨削工藝系統(tǒng)的操作時(shí)間縮短了2O 以上，生產(chǎn)效率提高了25 ，生產(chǎn)過(guò)程中凸輪軸的廢品率顯著降低。

　　基于無(wú)心磨床和軸承磨床的GPDB已經(jīng)成功應(yīng)用于無(wú)錫機(jī)床股份有限公司。該系統(tǒng)提高了無(wú)心磨削與軸承磨削的加工精度和加工效率，增強(qiáng)了磨削加工的柔性。該系統(tǒng)操作界面簡(jiǎn)潔，具有良好的人機(jī)交互性，為無(wú)錫機(jī)床股份有限公司進(jìn)一步提高無(wú)心磨床和軸承磨床的質(zhì)量指標(biāo)提供了有力的技術(shù)支撐。

　　基于浙江玉環(huán)傳動(dòng)機(jī)械有限公司現(xiàn)有的凸輪軸磨床開(kāi)發(fā)的CGAS，對(duì)30多種型號(hào)的凸輪軸進(jìn)行加工，所獲得產(chǎn)品的精度完全達(dá)到了客戶的要求，而且人力資本、固定資本大幅降低，這些優(yōu)勢(shì)幫助該公司打開(kāi)了中小凸輪軸生產(chǎn)企業(yè)的凸輪軸數(shù)控磨床市場(chǎng)。

　　FCGDB是針對(duì)國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助重點(diǎn)項(xiàng)目中典型零件開(kāi)發(fā)的處理其高效精密磨削復(fù)雜工藝的智能化工藝管理系統(tǒng)。

　　5、智能磨削云平臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)

　　未來(lái)，智能磨削云平臺(tái)將致力于以下領(lǐng)域的研究與應(yīng)用：

　　(1)為各大磨床、磨料磨具制造廠商提供基于各類(lèi)磨削裝備及磨料磨具的磨削工藝智能專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)磨削工藝知識(shí)數(shù)據(jù)的積累與重用。

　　(2)為磨削加工企業(yè)提供各類(lèi)磨削加工制造方面的整體工藝方案技術(shù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)磨削加工信息查詢(xún)、工藝方案智能優(yōu)選(磨削加工和磨料磨具設(shè)計(jì)制備方案)、工藝優(yōu)化、誤差分析與補(bǔ)償、磨削加工過(guò)程仿真、自動(dòng)編程等功能。

　　(3)配套應(yīng)用于中小型數(shù)控磨床制造企業(yè)或嵌入數(shù)控系統(tǒng)，提高數(shù)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(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)磨削加工的服務(wù)化與信息化。

　　(5)將智能磨削云平臺(tái)擴(kuò)展應(yīng)用到其他加工和信息化服務(wù)領(lǐng)域。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴(lài)品牌。

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本文標(biāo)題：基于云計(jì)算的智能磨削云平臺(tái)的研究與應(yīng)用

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