《智能制造案例庫(kù)》設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

重慶理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 重慶 400054

引言

案例教學(xué)是一種重要的教學(xué)方法，特別是對(duì)于專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)來(lái)說(shuō)尤其如此。本文針對(duì)智能制造背景下機(jī)械類專業(yè)學(xué)位研究生的培養(yǎng)，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作，收集和開(kāi)發(fā)了主要面向產(chǎn)品全生命周期主要階段的智能化升級(jí)改造工程案例，采用先進(jìn)的信息技術(shù)，開(kāi)發(fā)了《智能制造案例庫(kù)》，供相關(guān)教師和研究生在教學(xué)和學(xué)習(xí)過(guò)程中參考和借鑒[1-3]。

1 《智能制造案例庫(kù)》系統(tǒng)需求分析

1.1 案例庫(kù)資源內(nèi)容劃分 《智能制造案例庫(kù)》根據(jù)案例內(nèi)容分為智能制造基礎(chǔ)、研發(fā)設(shè)計(jì)智能化、智能化制造技術(shù)、智能生產(chǎn)過(guò)程管控、智能化綜合集成五大模塊，資源類型包括文本、圖片、視頻、智能制造相關(guān)軟件案例文件等。

1.1.1 智能制造基礎(chǔ)模塊 智能制造基礎(chǔ)模塊主要涵蓋智能制造公共知識(shí)和技術(shù)，如智能制造內(nèi)涵與發(fā)展趨勢(shì)(包括德國(guó)工業(yè)4.0與美國(guó)先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃等)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、基于制造數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品戰(zhàn)略等，以及典型的與智能制造相關(guān)的軟件系統(tǒng)與應(yīng)用。旨在為所有智能制造相關(guān)專業(yè)課程提供背景及基礎(chǔ)理論，有助于學(xué)生更全面地了解智能制造。主要服務(wù)課程包括《智能制造概論》、《智能制造基礎(chǔ)技術(shù)及應(yīng)用》等。

1.1.2 研發(fā)設(shè)計(jì)智能化模塊 研發(fā)設(shè)計(jì)智能化模塊基于智能制造背景并結(jié)合當(dāng)前研發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展趨勢(shì)，搜集、整理和開(kāi)發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)或云平臺(tái)，應(yīng)用CAD/CAE等產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建模與仿真技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品方案決策支持技術(shù)、產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)新模式、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)等案例，以及基于PDM、PLM等產(chǎn)品研發(fā)數(shù)字化智能化研發(fā)管理案例。旨在發(fā)掘研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中的先進(jìn)方向，為學(xué)生開(kāi)拓更寬廣的視野。主要服務(wù)課程包括《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》、《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》、《機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力仿真》，《新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與項(xiàng)目管理》等。

1.1.3 智能化制造技術(shù)模塊 智能化制造技術(shù)模塊基于智能制造背景，面向產(chǎn)品的生產(chǎn)加工和裝配、過(guò)程控制、測(cè)試與檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)，搜集、整理基于物聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)、先進(jìn)測(cè)試與檢驗(yàn)技術(shù)等案例，以及車間MES應(yīng)用典型案例。旨在全面展示智能化制造技術(shù)，幫助學(xué)生在以后的生產(chǎn)實(shí)踐中更快掌握核心技術(shù)。主要服務(wù)課程包括《復(fù)雜曲面制造技術(shù)》、《智能制造技術(shù)與裝備》、《伺服驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)》、《現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)》、《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)》、《檢測(cè)與傳感器技術(shù)》等。

1.1.4 智能生產(chǎn)過(guò)程管控模塊 智能生產(chǎn)過(guò)程管控模塊基于智能制造背景，面向產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)物流、信息流和價(jià)值流等管理需求，搜集、整理制造業(yè)應(yīng)用MES/ERP/SCM的典型案例。旨在展示車間自動(dòng)派工、物料、設(shè)備和產(chǎn)品品質(zhì)等實(shí)時(shí)在線監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)的車間級(jí)生產(chǎn)管控，以及公司生產(chǎn)計(jì)劃、物料、庫(kù)存、資源等實(shí)時(shí)在線監(jiān)控和管理的公司級(jí)生產(chǎn)管控，有助于學(xué)生進(jìn)一步了解企業(yè)生產(chǎn)體系。主要服務(wù)課程包括《物流與供應(yīng)鏈管理》、《制造成本控制系統(tǒng)工程》、《新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與項(xiàng)目管理》、《精益制造與管理》等。

1.1.5 智能化綜合集成模塊 智能化綜合集成模塊基于智能制造背景，面向企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造、分銷與售后等一體化管控與決策需求，搜集、整理和開(kāi)發(fā)制造系統(tǒng)中的系統(tǒng)綜合集成，優(yōu)化資源配置，優(yōu)化投入產(chǎn)出，綜合考慮效率、效益、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展影響等綜合案例，充分體現(xiàn)智能制造跨學(xué)科知識(shí)、多維技術(shù)的整合與集成，如智能車間、智慧工廠等。主要服務(wù)課程包括《算法設(shè)計(jì)》、《精益制造與管理》、《決策理論》等。

1.2 案例庫(kù)功能劃分 《智能制造案例庫(kù)》按功能劃分為案例瀏覽、案例檢索與查詢、案例資源上傳與下載、案例資源評(píng)價(jià)、案例資源統(tǒng)計(jì)、案例資源管理及案例資源共享等。

1.2.1 用戶角色

系統(tǒng)管理員：案例資源管理，案例資源上傳與下載，用戶管理等。

教師：案例瀏覽、檢索與查詢，案例資源上傳與下載，案例資源評(píng)價(jià)，案例資源共享，學(xué)生團(tuán)隊(duì)管理等。

學(xué)生：案例瀏覽、檢索與查詢，案例資源上傳與下載，案例資源評(píng)價(jià)等。

企業(yè)用戶：案例瀏覽、檢索與查詢，案例資源上傳與下載，案例資源評(píng)價(jià)等。

1.2.1 系統(tǒng)管理后臺(tái) 具備用戶與權(quán)限，用戶分組，案例資源管理等基本功能。系統(tǒng)管理員擁有所有權(quán)限，具備批量初始化注冊(cè)用戶，審核注冊(cè)用戶及用戶權(quán)限分級(jí)管理，并可以對(duì)案例資源進(jìn)行編輯修改以及進(jìn)行資源評(píng)價(jià)等。

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具 《智能制造案例庫(kù)》系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，主要編程語(yǔ)言采用python，JavaScript；數(shù)據(jù)庫(kù)使用 MySQL。前端開(kāi)發(fā)使用Bootstrap框架進(jìn)行基礎(chǔ)界面設(shè)計(jì)，完成靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)布局；使用Vue漸進(jìn)式框架對(duì)靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行渲染，使網(wǎng)頁(yè)更有活力；后端開(kāi)發(fā)使用基于Python的Django框架實(shí)現(xiàn) Model(模型)，View(視圖)，Template(模板)的編程模式如圖3.1所示。

圖3.1 Django編程模式

最后使用Nginx負(fù)責(zé)把在計(jì)算機(jī)上用Django建出的后臺(tái)程序部署在服務(wù)器上。使得系統(tǒng)可以進(jìn)行強(qiáng)大的高并發(fā)處理，承受巨大的訪問(wèn)量和請(qǐng)求數(shù)量。

2.2 關(guān)鍵技術(shù) 搭建了資源評(píng)價(jià)共享工具。教師用戶可以建立、管理團(tuán)隊(duì)和團(tuán)隊(duì)案例庫(kù)，也可以向公共案例庫(kù)提交案例資源供所有用戶學(xué)習(xí)。學(xué)生用戶加入團(tuán)隊(duì)可查看老師發(fā)布在團(tuán)隊(duì)案例庫(kù)的案例，也可以將自己完成的一些作品上傳至團(tuán)隊(duì)案例庫(kù)，老師可以選擇學(xué)生的優(yōu)秀作品上傳至公共案例庫(kù)以供所有用戶查看學(xué)習(xí)。企業(yè)用戶可以上傳和下載案例，智能軟件企業(yè)可以上傳相關(guān)智能軟件簡(jiǎn)介。在案例查看頁(yè)面添加主動(dòng)評(píng)價(jià)欄，并于后臺(tái)記錄用戶在公共案例庫(kù)案例資源的瀏覽時(shí)間，將兩者結(jié)合起來(lái)對(duì)資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，瀏覽時(shí)長(zhǎng)將賦予主動(dòng)評(píng)價(jià)更高的權(quán)重，當(dāng)一個(gè)案例資源的差評(píng)量和差評(píng)率同時(shí)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閾值，該案例資源將被自動(dòng)反饋清理。最終案例資源會(huì)以一個(gè)良好的生態(tài)存在于案例庫(kù)中。其總體結(jié)構(gòu)體系如圖3.2所示。

圖3.2 資源評(píng)價(jià)共享結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

3.1 前臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā) 前臺(tái)應(yīng)用包括首頁(yè)、用戶登錄頁(yè)、用戶注冊(cè)頁(yè)、案例展示頁(yè)、案例瀏覽頁(yè)、用戶管理頁(yè)、團(tuán)隊(duì)管理頁(yè)等。部分頁(yè)面如圖3.1、3.2所示。

圖3.1 智能制造案例庫(kù)首頁(yè)

圖3.2 智能制造案例庫(kù)案例展示頁(yè)

首頁(yè)包含側(cè)邊導(dǎo)航欄，根據(jù)智能基礎(chǔ)、研發(fā)設(shè)計(jì)、智能制造、生產(chǎn)管控、綜合集成五大模塊進(jìn)行導(dǎo)航設(shè)計(jì)。智能基礎(chǔ)下設(shè)二級(jí)目錄包括智能制造基礎(chǔ)知識(shí)，智能制造行業(yè)資訊以及智能制造相關(guān)軟件。頁(yè)面頂端設(shè)計(jì)關(guān)鍵字搜索可以匹配案例名稱進(jìn)行搜索，后續(xù)將對(duì)搜索功能進(jìn)行改進(jìn)實(shí)現(xiàn)智能化搜索。頂端右方可以進(jìn)行用戶登錄，用戶登錄后可由下拉菜單進(jìn)入用戶管理頁(yè)。中間主體上部分為案例庫(kù)統(tǒng)計(jì)信息，下方為最新案例列表。

用戶登錄頁(yè)為一個(gè)登錄的表單控件，并提供跳轉(zhuǎn)至用戶注冊(cè)頁(yè)的按鈕，用戶注冊(cè)頁(yè)為一個(gè)注冊(cè)表單控件。

案例展示頁(yè)根據(jù)案例編號(hào)，案例名稱，案例模塊，創(chuàng)建時(shí)間進(jìn)行案例展示，表頭處可以實(shí)現(xiàn)排序，搜索框可以通過(guò)匹配對(duì)比案例所有信息進(jìn)行檢索。顯示下拉菜單可以切換每頁(yè)顯示的案例項(xiàng)，上、下頁(yè)按鈕實(shí)現(xiàn)頁(yè)面切換。

3.2 后臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

3.2.1 用戶管理模塊 用戶管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)用戶分組，用戶信息增、刪、改、查，用戶權(quán)限設(shè)置。用戶模塊考慮設(shè)定積分等級(jí)制，例如有效瀏覽(瀏覽達(dá)一定時(shí)長(zhǎng))增加積分，有效評(píng)價(jià)(給予資源評(píng)價(jià))，有效上傳案例資源增加積分(假如最后該資源被系統(tǒng)評(píng)價(jià)反饋?zhàn)孕星宄螅瑢⒖鄢摬糠址e分并額外扣除一定積分進(jìn)行懲罰)等。設(shè)定積分到達(dá)一定量即可提升等級(jí)，等級(jí)越高，對(duì)資源評(píng)價(jià)賦予的權(quán)重越高，可以防止部分用戶惡意進(jìn)行差評(píng)導(dǎo)致評(píng)價(jià)反饋出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。用戶管理部分模塊界面如圖3.3所示。

圖3.3 部分用戶管理模塊界面

3.2.2 案例管理模塊 案例管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)案例資源科學(xué)有效的管理。主要包括案例分類，案例瀏覽，案例查詢，案例上傳，案例下載以及案例的增、刪、改、查。同時(shí)記錄案例資源的評(píng)價(jià)，根據(jù)主——被動(dòng)結(jié)合的評(píng)價(jià)反饋對(duì)案例資源進(jìn)行自清理，確保案例資源的優(yōu)良性。并且可以考慮在用戶(學(xué)生)工作管理頁(yè)增設(shè)推薦欄，調(diào)用學(xué)生所選課程進(jìn)行匹配，將相關(guān)的與所選課程與對(duì)應(yīng)的案例資源采取部分以優(yōu)良度進(jìn)行排序進(jìn)行推薦，增加優(yōu)良資源的傳播性；另一部分以隨機(jī)抽取方式進(jìn)行推薦，防止資源推薦冷啟動(dòng)問(wèn)題，以及避免因部分優(yōu)秀資源先流入而形成壁壘的弊端。案例管理部分模塊界面如圖3.4所示

4 結(jié)束語(yǔ)

《智能制造案例庫(kù)》在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的案例庫(kù)基礎(chǔ)功能上，進(jìn)一步增加學(xué)生——教師團(tuán)隊(duì)案例庫(kù)，資源評(píng)價(jià)反饋，資源自動(dòng)清理，資源推送共享等更為符合案例平臺(tái)需求的功能，提升案例資源傳播率、案例資源優(yōu)良率，從而就提高了案例資源有效利用率?！吨悄苤圃彀咐龓?kù)》給予了教師、學(xué)生、工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和理解智能制造工程實(shí)踐的新型平臺(tái)，豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)資源，同時(shí)也更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)課程的興趣，提升與智能制造相關(guān)課程的教學(xué)效果，從而提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

圖3.4 案例管理部分模塊界面