工程機(jī)械可視化定制系統(tǒng)的研究與構(gòu)建

崔 明

（山東捷瑞數(shù)字科技股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

前言

隨著工程機(jī)械制造技術(shù)的不斷發(fā)展，工程機(jī)械產(chǎn)品的類型不斷增加，并且工程機(jī)械定制數(shù)量也在不斷增多。客戶在對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行定制時(shí)不在單純地要求機(jī)械的基本功能，還會(huì)對(duì)工程機(jī)械產(chǎn)品存在的性能、外觀和價(jià)格等方面有著明顯要求，希望自己購(gòu)買的工程機(jī)械產(chǎn)品能夠滿足自己的所有需求。在這種大背景之下，工程機(jī)械企業(yè)逐漸都使用向客戶采取定制的方式，盡可能地使得客戶參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)當(dāng)中，按照客戶的個(gè)性化需求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行大批量生產(chǎn)，這樣能夠快速符合客戶的需求。

一、可視化定制系統(tǒng)的根源和發(fā)展現(xiàn)狀

1.定制系統(tǒng)的出現(xiàn)

在21世紀(jì)，全球經(jīng)濟(jì)處在快速發(fā)展階段，制造業(yè)也不例外，競(jìng)爭(zhēng)逐漸變得異常激烈，網(wǎng)絡(luò)化制造使得現(xiàn)實(shí)中存在的各種資源得到充分發(fā)揮和使用，工程機(jī)械定制設(shè)計(jì)中如何最大程度上滿足客戶的基本需求成了現(xiàn)代制造業(yè)的重要研究項(xiàng)目[1]。

2.定制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

2.1現(xiàn)有個(gè)性化產(chǎn)品定制系統(tǒng)的大概類型

第一，根據(jù)產(chǎn)品零件和產(chǎn)品參數(shù)選擇比較合適的定制方式，這種定制模式才能容易實(shí)現(xiàn)，在現(xiàn)在被大多數(shù)的企業(yè)所使用。

第二，全部集中在企業(yè)中的電子商務(wù)產(chǎn)品定制平臺(tái)之上，在這個(gè)平臺(tái)上能夠直接對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)管理、銷售管理和客戶聯(lián)絡(luò)等方面實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，這種方式只是比較少數(shù)企業(yè)在使用。

第三，根據(jù)可視化發(fā)展方向進(jìn)行定制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，根據(jù)三維建模技術(shù)、實(shí)時(shí)渲染技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，三者之間存在密不可分的關(guān)系，能夠使得客戶需要的定制產(chǎn)品更加形象直接地呈現(xiàn)在客戶面前，是現(xiàn)在企業(yè)電子商務(wù)發(fā)展的未來趨勢(shì)。

2.2現(xiàn)在個(gè)性化產(chǎn)品定制系統(tǒng)當(dāng)中等待解決的問題

第一，在對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行定制設(shè)計(jì)時(shí)，客戶不能親身加入設(shè)計(jì)當(dāng)中，在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，只能單純地參與到設(shè)計(jì)的整體、零件選擇和尺寸、性能參數(shù)等當(dāng)中，這種類型的定制設(shè)計(jì)內(nèi)容非常單一，導(dǎo)致客戶只能在有限范圍之內(nèi)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行選配，客戶的個(gè)性化需求不能得到完全滿足。

第二，可視化程度比較低，呈現(xiàn)的視覺效果上限較低，不能最大程度上提高客戶定制的積極性，外國(guó)著名的家具公司的定制系統(tǒng)在現(xiàn)在的定制生產(chǎn)模式當(dāng)中效果比較顯著，但是其使用的定制系統(tǒng)也像一些企業(yè)的定制系統(tǒng)一樣存在著一樣的問題，主要問題就是定制對(duì)象仿真程度和呈現(xiàn)效果比較低，或者是定制系統(tǒng)的操作不是非常直觀，給定制過程帶來較多的麻煩，導(dǎo)致定制出來的產(chǎn)品和實(shí)際產(chǎn)品之間存在較大差異。

二、分析工程機(jī)械產(chǎn)品定制系統(tǒng)的特征和功能需要

1.工程機(jī)械產(chǎn)品的體征

工程機(jī)械和普通機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品之間存在較大的區(qū)別，工程機(jī)械產(chǎn)品的主要特點(diǎn)有：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜，技術(shù)設(shè)計(jì)含量較高，銷售價(jià)格相對(duì)較高，產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間很長(zhǎng)，產(chǎn)品定制客戶分布的區(qū)域很廣泛，銷售地區(qū)分散，因?yàn)樵O(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程受到時(shí)間和空間因素限制比較大，這些年來，大型工程機(jī)械生產(chǎn)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到了快速發(fā)展，工程機(jī)械設(shè)備的市場(chǎng)需求在不斷增加，如果在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)采取定制功能能有效解決上述問題[2]。

2.工程機(jī)械的產(chǎn)品定制系統(tǒng)的功能需求

根據(jù)現(xiàn)在個(gè)性化產(chǎn)品定制系統(tǒng)的分析并且結(jié)合工程機(jī)械具備的特點(diǎn)，在對(duì)工程機(jī)械的個(gè)性化產(chǎn)品定制系統(tǒng)中應(yīng)該具備以下這幾個(gè)特點(diǎn)。

第一，產(chǎn)品功能定制和產(chǎn)品外觀定制的綜合要求，工程機(jī)械和普通產(chǎn)品之間存在較大差異，工程機(jī)械存在較為復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和零件，機(jī)械設(shè)備功能定制是客戶的根本要求，所以在對(duì)定制系統(tǒng)進(jìn)行定制時(shí)應(yīng)該保證其功能合理、完整，同時(shí)還要和外觀相合適，合理地引領(lǐng)客戶參加到產(chǎn)品各個(gè)方面的定制設(shè)計(jì)當(dāng)中去。

第二，在工程機(jī)械定制設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，要實(shí)現(xiàn)全過程的產(chǎn)品可視化，可視化的表現(xiàn)形式是功能定制可視化和外觀定制可視化，最終的定制結(jié)果要實(shí)現(xiàn)真實(shí)情感的表達(dá)，首先，在定制設(shè)計(jì)時(shí)，需要一個(gè)可視化環(huán)境，要清晰地表達(dá)產(chǎn)品外內(nèi)部零件和功能，與此同時(shí)，為了保證定制結(jié)果的準(zhǔn)確性，保證企業(yè)能夠充分明確客戶的定制結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在的可視化技術(shù)在系統(tǒng)客戶端和企業(yè)服務(wù)端應(yīng)該同時(shí)具備。

第三，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸需實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)響應(yīng)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸受到地域較大限制，客戶不能及時(shí)和企業(yè)進(jìn)行工程機(jī)械生產(chǎn)的直觀交流，直接影響著產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)，因此，必須要求定制系統(tǒng)要實(shí)時(shí)滿足客戶和企業(yè)之間的數(shù)據(jù)傳輸，方便遠(yuǎn)程交流，要徹底明確客戶的需求，然后盡可能地降低企業(yè)的開發(fā)成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，最大程度上滿足客戶的個(gè)性化需要。

三、工程機(jī)械個(gè)性化定制系統(tǒng)的總體框架

1.工程機(jī)械個(gè)性化定制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

在工程機(jī)械個(gè)性化定制系統(tǒng)的功能需要進(jìn)行分析，系統(tǒng)主要分為以下三個(gè)大的層面，分別是客戶，企業(yè)和產(chǎn)品定制數(shù)據(jù)庫(kù)（如圖1所示）。

圖1 工程機(jī)械個(gè)性化定制系統(tǒng)功能圖

1.1系統(tǒng)界面層

界面層在定制系統(tǒng)當(dāng)中主要包括客戶端和企業(yè)端界面，是客戶使用的定制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是企業(yè)收集和管理定制信息、協(xié)同雙方信息交流的系統(tǒng)，在客戶界面上提供一些簡(jiǎn)單的基本操作，主要包括一些賬號(hào)注冊(cè)、用戶登錄和信息留言等方面，高級(jí)操作主要對(duì)具體的定制流程操作，存在的企業(yè)端界面提供一些客戶賬號(hào)管理、定制結(jié)果收集和定制結(jié)果提取等功能，在定制系統(tǒng)的直觀層面上，界面層是最為直觀的，也是系統(tǒng)中大部分功能的可視化操作界面。

1.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)層

定制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)層主要包括信息數(shù)據(jù)庫(kù)，產(chǎn)品初級(jí)信息數(shù)據(jù)庫(kù)和產(chǎn)品定制數(shù)據(jù)庫(kù)三大部分，這三個(gè)部分分別儲(chǔ)存著客戶的賬戶數(shù)據(jù)，產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)和產(chǎn)品定制相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)層同界面和定制層在一定程度上進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào)用，工程機(jī)械產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)能夠細(xì)分為功能模塊數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)功能產(chǎn)品部件模型數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，對(duì)于產(chǎn)品外部結(jié)構(gòu)模型文件來說，能夠保證產(chǎn)品色彩鮮艷。

1.3系統(tǒng)定制層和可視化

系統(tǒng)定制層主要分為以下這幾個(gè)功能，產(chǎn)品功能定制，產(chǎn)品外形定制和產(chǎn)品外觀定制三大組成部分。

第一，產(chǎn)品功能定制要實(shí)現(xiàn)可視化，功能定制主要針對(duì)工程機(jī)械當(dāng)中存在的功能模塊，這也是這個(gè)系統(tǒng)和一般系統(tǒng)的區(qū)別之處，是定制系統(tǒng)的主要組成部分，客戶可以根據(jù)產(chǎn)品功能和屬性參數(shù)等不同要求，在系統(tǒng)提供的已經(jīng)存在的零件當(dāng)中進(jìn)行選擇或更換，然后再由系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)裝配或者替換，最終功能定制能夠更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)渲染的產(chǎn)品模型。

第二，工程機(jī)械產(chǎn)品的外觀和外形實(shí)現(xiàn)定制和可視化，在對(duì)產(chǎn)品的外觀和外形進(jìn)行定制時(shí)，主要是對(duì)產(chǎn)品外部存在的形狀和色彩、圖案等方面進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，根據(jù)客戶的個(gè)性化需求對(duì)產(chǎn)品外部進(jìn)行選擇，這樣能使得產(chǎn)品的外形，盡可能地達(dá)到客戶所希望的樣子，形成一定的視覺效果，系統(tǒng)定制層對(duì)于產(chǎn)品可視化技術(shù)來說是一個(gè)重要應(yīng)用，并且呈現(xiàn)出較高的視覺方針效果，對(duì)于整個(gè)定制系統(tǒng)來說，是核心內(nèi)容。

2.工程機(jī)械個(gè)性化定制系統(tǒng)當(dāng)中實(shí)用的關(guān)鍵技術(shù)

定制系統(tǒng)中主要包括的關(guān)鍵技術(shù)有：系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的三維可視化技術(shù)。

2.1系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)化技術(shù)

在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中主要使用的是Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)和ASP技術(shù)，然后對(duì)以下數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)支撐功能。

第一，因?yàn)锳SP技術(shù)比較方便，操作起來比較簡(jiǎn)單，擁有較為簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)和訪問方法，其中存在的全局?jǐn)?shù)據(jù)化技術(shù)能夠更好地實(shí)現(xiàn)界面層和其數(shù)據(jù)層之間的數(shù)據(jù)交流。

第二，在數(shù)據(jù)層當(dāng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)使用，比如，在調(diào)用成套的模塊數(shù)據(jù)時(shí)，就是對(duì)這個(gè)定制方案中存在的功能、外形和數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，這樣能很大程度上減少數(shù)據(jù)傳輸量，從而盡可能地保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

第三，將定制數(shù)據(jù)和客戶賬戶保持正確呼應(yīng)，即將客戶信息和成套的數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行緊密關(guān)聯(lián)，這樣能夠方便企業(yè)收集相關(guān)客戶定制信息，也在一定程度上方便客戶實(shí)時(shí)登錄定制系統(tǒng)對(duì)定制方案進(jìn)行查閱和修改。

第四，保證客戶信息和定制數(shù)據(jù)的安全性。

2.2根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的三維可視化技術(shù)

因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)軟件能夠提供三維建模，其和一些參數(shù)化工程軟件存在較高的兼容性，三維可視化技術(shù)能夠在虛擬場(chǎng)景當(dāng)中對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行渲染展示，讓客戶定制的產(chǎn)品具備較高的立體感、光感和真實(shí)色彩，和較高的視覺效果，最大程度上實(shí)現(xiàn)定制對(duì)象的全部可視化。

在Quest3D平臺(tái)基礎(chǔ)之上采取C++實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)，對(duì)定制系統(tǒng)的操作顯示和模型顯示進(jìn)行一體化操作，使得定制效果更加直觀。除此之外，定制界面的瀏覽器對(duì)于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上定制時(shí)，是非常重要的手段，能夠減少客戶對(duì)客戶端的需求，并且很大程度上增大了網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度，并且能找到各方面的平衡點(diǎn)。

四、開發(fā)實(shí)例

當(dāng)客戶要進(jìn)行工程機(jī)械定制時(shí)，需要進(jìn)入到企業(yè)網(wǎng)站當(dāng)中，在客戶界面上進(jìn)行注冊(cè)和登錄然后再進(jìn)入要定制產(chǎn)品的界面當(dāng)中，對(duì)界面中存在的定制流程和特點(diǎn)進(jìn)行全面了解，完成這些定制前期工作之后，然后根據(jù)引導(dǎo)進(jìn)入到定制頁(yè)面當(dāng)中，開始定制。

按照定制系統(tǒng)中存在的定制導(dǎo)向，將客戶分為初級(jí)定制和高級(jí)定制，高級(jí)定制中分為功能定制到外觀定制，例如在對(duì)銑刨機(jī)提供成套定制方案時(shí)，將所有的定制方案展示給客戶，供客戶選取合適的定制方式，客戶對(duì)定制方案進(jìn)行處理時(shí)，主要有以下這幾種方式。

第一，客戶可以從定制系統(tǒng)提供的定制方案當(dāng)中選擇一個(gè)自己滿意的定制方案，然后將選擇結(jié)果提交，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將客戶選擇的結(jié)構(gòu)傳輸?shù)椒?wù)器當(dāng)中去，然后數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)及時(shí)和客戶信息進(jìn)行相匹配。

第二，客戶可以根據(jù)企業(yè)提出的方案再進(jìn)行更高級(jí)的定制，并且可以對(duì)這一方案可以提出更細(xì)節(jié)方面的定制。

第三，客戶可以對(duì)提出的方案持反對(duì)意見，并且直接越級(jí)到高級(jí)定制。

實(shí)施高級(jí)定制總共有三個(gè)部分，按照功能定制，外形定制以及外觀定制的順序來執(zhí)行。

功能定制的完整順序應(yīng)該為：動(dòng)力系統(tǒng)，行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，工作系統(tǒng)以及回收裝置。這當(dāng)中每一階段的結(jié)果都會(huì)約束到后續(xù)階段的可以定制的范圍，這是通過銑刨機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)決定的，它的步驟為以下幾點(diǎn)。

第一，動(dòng)力系統(tǒng)定制。客戶應(yīng)根據(jù)自己訂制的機(jī)器型號(hào)選擇使用合適的中小型機(jī)的風(fēng)冷柴油機(jī)或者適合的大型機(jī)的水冷柴油機(jī)。

第二，在對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行確定之后，客戶就可以選擇滿足自己要求的行走機(jī)構(gòu)，比如輪胎式或者四履帶行走式，或者在動(dòng)力允許情況之下選擇符合機(jī)械的動(dòng)力形式，完成行走機(jī)構(gòu)的定制工作。

第三，工作系統(tǒng)定制。在對(duì)上述兩個(gè)部分完成定制選擇之后，要對(duì)機(jī)械當(dāng)中存在的銑削模式進(jìn)行選擇。

第四，回收裝置定制。在對(duì)這部分進(jìn)行選擇時(shí)，主要選擇適合動(dòng)力系統(tǒng)和行走機(jī)構(gòu)的裝置，并且要具備一定的折疊功能。

到達(dá)功能定制階段時(shí)，界面會(huì)出現(xiàn)提示信息，會(huì)對(duì)一些難以理解的地方進(jìn)行文字解釋，客戶只需要根據(jù)提示信息進(jìn)行操作，就能實(shí)現(xiàn)功能模塊定制選擇，在外觀和外形中出現(xiàn)約束時(shí)，當(dāng)客戶出現(xiàn)操作失誤時(shí)，界面都會(huì)出現(xiàn)提示信息。

外觀外形定制階段，客戶在定制系統(tǒng)中選擇自己滿意的外觀形態(tài)和外部色彩或者圖案。

在敲定最終定制方案之前，客戶可以在定制系統(tǒng)中的三維模擬當(dāng)中看到自己選擇的模型，在界面上對(duì)三維模型中的每個(gè)部件進(jìn)行點(diǎn)擊，能夠看到每個(gè)零件的參數(shù)和運(yùn)動(dòng)過程。這樣能在客戶面前較好地展示出產(chǎn)品定制設(shè)計(jì)效果，如果客戶出現(xiàn)不滿意的地方能夠及時(shí)地進(jìn)行修改，最終對(duì)定制方案進(jìn)行確認(rèn)之后，將定制數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡髽I(yè)定制系統(tǒng)服務(wù)器當(dāng)中，在客戶對(duì)應(yīng)賬戶中保存下來。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)現(xiàn)在工程機(jī)械產(chǎn)品可視化定制系統(tǒng)還處在起步階段，但是其發(fā)展前景是非常可觀的，通過以上內(nèi)容的表述，更好地說明可視化定制系統(tǒng)在工程機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)中的重要性，但是還受到很多因素的影響，使得定制系統(tǒng)不能得到普遍推廣，相信在我國(guó)技術(shù)人員的不斷努力下，在不久的將來可視化定制系統(tǒng)能夠得到快速發(fā)展。