基于Web瀏覽器的磨削工藝知識(shí)庫(kù)軟件開發(fā)

陳 禹 黃嵩原 吳輝鋼

（上海機(jī)床廠有限公司 上海200093）

公司每年有近千臺(tái)機(jī)床需要安裝，在傳統(tǒng)模式下，收集機(jī)床磨削加工參數(shù)等工藝知識(shí)和數(shù)據(jù)時(shí)，由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員采用拍照、視頻采集和工藝參數(shù)紙質(zhì)記錄等方式進(jìn)行，事后再通過(guò)文字資料復(fù)印和整理，這種模式存在數(shù)據(jù)采集規(guī)范性差、執(zhí)行困難等缺陷。

通過(guò)磨削工藝知識(shí)庫(kù)的建立，可以基于互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)知識(shí)庫(kù)等先進(jìn)技術(shù)手段，以更便捷的方式進(jìn)行磨削工藝知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)錄入、維護(hù)及查詢工作，通過(guò)機(jī)床自身基本信息、實(shí)驗(yàn)室試磨數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試加工數(shù)據(jù)等的數(shù)據(jù)采集、信息融合和知識(shí)積累，方便銷售人員、工藝人員及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員從知識(shí)庫(kù)中獲取以往工藝知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，更好地開展銷售工作，進(jìn)行工藝改進(jìn)及提高現(xiàn)場(chǎng)效率，未來(lái)工藝知識(shí)庫(kù)還可以作為增值服務(wù)開放給更多機(jī)床使用客戶，通過(guò)積累大量磨削工藝調(diào)試參數(shù)，結(jié)合機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工藝參數(shù)運(yùn)行數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)挖掘及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，為客戶提供最佳的磨削工藝方案及進(jìn)行參數(shù)調(diào)優(yōu)。

1 知識(shí)庫(kù)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1是磨削工藝知識(shí)庫(kù)軟件框架結(jié)構(gòu)，機(jī)床磨削工藝信息通過(guò)該軟件實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化，集中化管理。通過(guò)工藝知識(shí)錄入、工藝知識(shí)審核、工藝知識(shí)查詢、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、流程管理、用戶管理、角色管理以及權(quán)限管理等功能來(lái)組成磨削工藝知識(shí)庫(kù)的整體功能。

圖1 磨削工藝知識(shí)庫(kù)框架結(jié)構(gòu)

2 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)方式

2.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

磨削工藝知識(shí)庫(kù)軟件的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為客戶端和服務(wù)端，為實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)訪問(wèn)的功能，客戶端為網(wǎng)頁(yè)版Web開發(fā)，由瀏覽器登錄，上傳和下載文件由以太網(wǎng)傳輸至服務(wù)端，同時(shí)存儲(chǔ)工藝數(shù)據(jù)的圖片、視頻等較大的文件將單獨(dú)存儲(chǔ)在另一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器中。軟件的總體框架如圖2所示。

圖2 磨削工藝知識(shí)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)搭建

數(shù)據(jù)庫(kù)的建立要求數(shù)據(jù)的有效性、完整性較強(qiáng)，數(shù)據(jù)實(shí)用性、安全性較好。磨床工藝知識(shí)庫(kù)已經(jīng)存儲(chǔ)的工藝信息都來(lái)自從事磨床行業(yè)技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)的積累與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員不斷的采集，對(duì)于磨床的現(xiàn)場(chǎng)磨削有很強(qiáng)的指導(dǎo)和借鑒作用。目前主流的數(shù)據(jù)庫(kù)有Oracle、MySQL、SQL Server、DB2 等。各類數(shù)據(jù)庫(kù)在容量大小、事務(wù)處理性能、操作難度、數(shù)據(jù)安全性等方面各有優(yōu)劣。其中，MySQL作為一款開源的 SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，具有體積小、速度快、支持多線程、總體擁有成本低等特點(diǎn)，一般中小型網(wǎng)站都選擇MySQL作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)；MySQL可以運(yùn)行在各種版本的 OS 下，數(shù)據(jù)庫(kù)可移植性強(qiáng)。同時(shí) MySQL 為 Java 語(yǔ)言提供了 ODBC 和JDBC 等多種數(shù)據(jù)庫(kù)連接途徑，為 CNCO 模型與造型實(shí)例庫(kù)的連接，以及后續(xù)智能化檢索平臺(tái)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接提供了便利。

在每個(gè)窗體的源代碼開頭導(dǎo)入命名空間: using System.Data;using System.Data.SqlClient。創(chuàng)建連接:SqlConnection data_con=New SqlCon- nection( "Server = HDHJGC; Database = HJdata; uid=HJ1;pwd=123456" ) 。打開連接:data_con.Open() 通過(guò)打開數(shù)據(jù)庫(kù)查看現(xiàn)有的磨削數(shù)據(jù)，也可以采集正在磨削的工件的有效數(shù)據(jù)，不斷充實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。其主要的框架分為工藝磨削結(jié)果表 craft_result、工藝切入磨參數(shù)表 craft_plunge_grind、工藝端面磨參數(shù)表craft_face_grind、工藝縱磨參數(shù)表craft_vertical_grind等。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)功能

數(shù)據(jù)庫(kù)主要包含14個(gè)子類數(shù)據(jù)庫(kù)，分別是用戶信息、機(jī)床信息、零件信息、砂輪信息、配置信息、修整參數(shù)、磨削參數(shù)、切入磨信息、縱磨信息、端面磨信息、磨削結(jié)果、備注信息、圖片信息、視頻及程序文件。這些加工參數(shù)及數(shù)據(jù)對(duì)加工結(jié)果的推導(dǎo)起到?jīng)Q定作用。砂輪庫(kù)、磨削液庫(kù)、修整庫(kù)和材料庫(kù)主要是包含內(nèi)外圓磨床所用到的一些砂輪、磨削液、修整、材料的相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)操作者可查看選擇，對(duì)維修、選型有一定的指導(dǎo)作用。實(shí)例庫(kù)則是包含幾百種在磨床上磨削過(guò)且磨削工藝可靠的凸輪軸類工件相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)后面的數(shù)據(jù)推理也起指導(dǎo)和借鑒作用，其錄入信息界面如圖3所示。

圖3 錄入界面信息

2.4 知識(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

數(shù)據(jù)的推導(dǎo)應(yīng)用采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算法，如圖 4所示。當(dāng)已知凸輪軸工件長(zhǎng)度、凸輪數(shù)量、升程、凸輪軸工件工藝要求等工件數(shù)據(jù)時(shí)，推導(dǎo)出一組可靠的、實(shí)用的磨削數(shù)據(jù)進(jìn)行有效磨削。根據(jù)工件升程換算出磨削工件的形狀(偏心、凹面、扇面、外圓等)、尺寸初步判斷該工件是否可在該機(jī)床上磨削。根據(jù)工件數(shù)據(jù)查找在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中是否有與該工件非常相似或相同的工件，有則可以直接調(diào)用此工件的磨削數(shù)據(jù)；無(wú)則根據(jù)機(jī)床性能、磨削要求、工件程序推導(dǎo)出合適的工藝參數(shù)。機(jī)床性能主要因素有機(jī)床可磨削軸類最高精度、硬度、是否復(fù)合磨削、是否修砂輪等決定工藝參數(shù)。磨削要求主要由操作人員決定是“精度優(yōu)先”還是“效率優(yōu)先”?！熬葍?yōu)先”則磨削速度降低，單圈磨削量減少；“效率優(yōu)先”則磨削速度增加，單圈磨削量增多。根據(jù)工件凸輪升程數(shù)據(jù)制作工件磨削程序?qū)霐?shù)控系統(tǒng)中，工件程序主要因素有工件周向在哪一度起升程、最大升程、是否偏心輪、是否存在凹面等。

同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)以表格的形式存儲(chǔ)了磨床中的各種信息，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床樣本加工程序與零件機(jī)床狀態(tài)等信息的存儲(chǔ)和管理；然而，在數(shù)據(jù)庫(kù)中，機(jī)床各種屬性相互獨(dú)立，沒(méi)有關(guān)聯(lián)性，這給造型語(yǔ)義的綜合檢索帶來(lái)困難；為此，本知識(shí)庫(kù)基于Protégé建立了CNCO模型，作為數(shù)控機(jī)床造型領(lǐng)域知識(shí)的基本框架，與造型實(shí)例庫(kù)的連接，從而將數(shù)控機(jī)床各種屬性納入領(lǐng)域知識(shí)框架中，實(shí)現(xiàn)屬性的語(yǔ)義關(guān)聯(lián)，為基于造型語(yǔ)義信息的推理和檢索提基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)庫(kù)與本體模型的構(gòu)成要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)與CNCO模型的連接，就是將數(shù)據(jù)庫(kù)中各類屬性信息納入本體模型的樹狀結(jié)構(gòu)中。首先明確數(shù)據(jù)庫(kù)和本體模型各自的構(gòu)成要素，然后建立各要素的映射關(guān)系。MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)模型由5個(gè)要素構(gòu)成，定義為：

其中：T 為表格（Table），是各種屬性信息的集合；

Col 為列（Column），每一列代表一種屬性；Ro為行（Row），每一行代表一個(gè)實(shí)例；

Con 為約束（Constraint），表示列與列之間的約束關(guān)系；

R 為關(guān)系（Relation），表示表與表之間的連接關(guān)系。

接口開發(fā)部分采用現(xiàn)有的從數(shù)據(jù)庫(kù)到 OWL文本構(gòu)建方法，包括存儲(chǔ)類設(shè)計(jì)、抽取類設(shè)計(jì)、具有優(yōu)先級(jí)的映射規(guī)則設(shè)計(jì)三步。將該流程封裝成JDBC API，用于將數(shù)據(jù)庫(kù)信息導(dǎo)出為QWL 文件；該文件可由 Protégé 讀取，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)到本體模型的連接。連接的實(shí)現(xiàn)方法和流程如圖 5所示。

圖4 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算法

圖5 數(shù)據(jù)庫(kù)和 CNCO 模型連接的實(shí)現(xiàn)方法

利用實(shí)例庫(kù)CNCO連接JDBC API，實(shí)現(xiàn)機(jī)床中參數(shù)庫(kù)與CNCO本體模型的連接。連接之后，可以讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，轉(zhuǎn)化成 OWL本體文檔，利用Protégé讀取本體文檔，利用本體架構(gòu)進(jìn)行語(yǔ)義檢索等操作。該連接過(guò)程為智能化檢索平臺(tái)的建立提供了架構(gòu)基礎(chǔ)和一定的檢索機(jī)制參考。

3 知識(shí)庫(kù)管理組成

知識(shí)庫(kù)管理模塊由三部分組成：知識(shí)庫(kù)錄入管理、審核管理、查詢管理。

錄入人員角色進(jìn)入知識(shí)庫(kù)錄入模塊后可進(jìn)行對(duì)知識(shí)庫(kù)的錄入。錄入完成后交由審核人員進(jìn)行審核，審核無(wú)誤后將文件保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。點(diǎn)擊新增按鈕，彈出工藝知識(shí)錄入明細(xì)頁(yè)面,在填寫（工藝信息及上傳圖片和視頻）完成后點(diǎn)擊暫存，則保存至草稿箱，狀態(tài)為“未提交”。若點(diǎn)擊提交，則啟動(dòng)審批流程，狀態(tài)更新為“已提交”，并且記錄提交人、提交時(shí)間等信息。對(duì)于被駁回的工藝知識(shí)，點(diǎn)擊查看按鈕，則可以查閱審批人的駁回意見(jiàn)。修改后，點(diǎn)擊重新提交審批。再查詢管理中系統(tǒng)相關(guān)角色用戶點(diǎn)擊工藝知識(shí)查詢模塊。進(jìn)入查詢界面后會(huì)顯示默認(rèn)條件下檢索的工藝知識(shí)列表。重新輸入查詢條件，點(diǎn)擊查詢按鈕，則可以檢索出符合組合條件的工藝知識(shí)列表。在列表的操作列，點(diǎn)擊查看，在彈出的頁(yè)面顯示工藝知識(shí)的明細(xì)內(nèi)容。選中行，點(diǎn)擊導(dǎo)出按鈕，則選中行的工藝知識(shí)會(huì)按照導(dǎo)出模板進(jìn)行批量導(dǎo)出。

4 結(jié)語(yǔ)

磨削知識(shí)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，采用JavaScript、Html5、CSS編程語(yǔ)言，MySQL搭建底層數(shù)據(jù)庫(kù)，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算法推導(dǎo)數(shù)據(jù)，Protégé 建立了CNCO模型形成可跨平臺(tái)瀏覽的Web網(wǎng)頁(yè)版磨削工藝數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，對(duì)上海機(jī)床廠現(xiàn)場(chǎng)磨削與機(jī)床調(diào)試起到了一定的指導(dǎo)作用。