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)等工藝知識和數(shù)據(jù)時，由現(xiàn)場調(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。

通過磨削工藝知識庫的建立，可以基于互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)知識庫等先進(jìn)技術(shù)手段，以更便捷的方式進(jìn)行磨削工藝知識庫數(shù)據(jù)錄入、維護(hù)及查詢工作，通過機(jī)床自身基本信息、實(shí)驗(yàn)室試磨數(shù)據(jù)、現(xiàn)場調(diào)試加工數(shù)據(jù)等的數(shù)據(jù)采集、信息融合和知識積累，方便銷售人員、工藝人員及現(xiàn)場調(diào)試人員從知識庫中獲取以往工藝知識和經(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)場效率，未來工藝知識庫還可以作為增值服務(wù)開放給更多機(jī)床使用客戶，通過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 知識庫功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1是磨削工藝知識庫軟件框架結(jié)構(gòu)，機(jī)床磨削工藝信息通過該軟件實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化，集中化管理。通過工藝知識錄入、工藝知識審核、工藝知識查詢、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)限管理等功能來組成磨削工藝知識庫的整體功能。

圖1 磨削工藝知識庫框架結(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)

磨削工藝知識庫軟件的網(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)跨平臺訪問的功能，客戶端為網(wǎng)頁版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，同時存儲工藝數(shù)據(jù)的圖片、視頻等較大的文件將單獨(dú)存儲在另一個數(shù)據(jù)服務(wù)器中。軟件的總體框架如圖2所示。

圖2 磨削工藝知識庫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)庫搭建

數(shù)據(jù)庫的建立要求數(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。磨床工藝知識庫已經(jīng)存儲的工藝信息都來自從事磨床行業(yè)技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)的積累與現(xiàn)場調(diào)試人員不斷的采集，對于磨床的現(xiàn)場磨削有很強(qiáng)的指導(dǎo)和借鑒作用。目前主流的數(shù)據(jù)庫有Oracle、MySQL、SQL Server、DB2 等。各類數(shù)據(jù)庫在容量大小、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；MySQL可以運(yùn)行在各種版本的 OS 下，數(shù)據(jù)庫可移植性強(qiáng)。同時 MySQL 為 Java 語言提供了 ODBC 和JDBC 等多種數(shù)據(jù)庫連接途徑，為 CNCO 模型與造型實(shí)例庫的連接，以及后續(xù)智能化檢索平臺與數(shù)據(jù)庫的連接提供了便利。

在每個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() 通過打開數(shù)據(jù)庫查看現(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。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)庫功能

數(shù)據(jù)庫主要包含14個子類數(shù)據(jù)庫，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)對加工結(jié)果的推導(dǎo)起到?jīng)Q定作用。砂輪庫、磨削液庫、修整庫和材料庫主要是包含內(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)對操作者可查看選擇，對維修、選型有一定的指導(dǎo)作用。實(shí)例庫則是包含幾百種在磨床上磨削過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 知識庫的數(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，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。

同時數(shù)據(jù)庫以表格的形式存儲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)等信息的存儲和管理；然而，在數(shù)據(jù)庫中，機(jī)床各種屬性相互獨(dú)立，沒有關(guān)聯(lián)性，這給造型語義的綜合檢索帶來困難；為此，本知識庫基于Protégé建立了CNCO模型，作為數(shù)控機(jī)床造型領(lǐng)域知識的基本框架，與造型實(shí)例庫的連接，從而將數(shù)控機(jī)床各種屬性納入領(lǐng)域知識框架中，實(shí)現(xiàn)屬性的語義關(guān)聯(lián)，為基于造型語義信息的推理和檢索提基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)庫與本體模型的構(gòu)成要素數(shù)據(jù)庫與CNCO模型的連接，就是將數(shù)據(jù)庫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)庫模型由5個要素構(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)庫到 OWL文本構(gòu)建方法，包括存儲類設(shè)計(jì)、抽取類設(shè)計(jì)、具有優(yōu)先級的映射規(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)庫和 CNCO 模型連接的實(shí)現(xiàn)方法

利用實(shí)例庫CNCO連接JDBC API，實(shí)現(xiàn)機(jī)床中參數(shù)庫與CNCO本體模型的連接。連接之后，可以讀取數(shù)據(jù)庫中的信息，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)行語義檢索等操作。該連接過程為智能化檢索平臺的建立提供了架構(gòu)基礎(chǔ)和一定的檢索機(jī)制參考。

3 知識庫管理組成

知識庫管理模塊由三部分組成：知識庫錄入管理、審核管理、查詢管理。

錄入人員角色進(jìn)入知識庫錄入模塊后可進(jìn)行對知識庫的錄入。錄入完成后交由審核人員進(jìn)行審核，審核無誤后將文件保存在數(shù)據(jù)庫中。點(diǎn)擊新增按鈕，彈出工藝知識錄入明細(xì)頁面,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，則啟動審批流程，狀態(tài)更新為“已提交”，并且記錄提交人、提交時間等信息。對于被駁回的工藝知識，點(diǎn)擊查看按鈕，則可以查閱審批人的駁回意見。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)擊工藝知識查詢模塊。進(jìn)入查詢界面后會顯示默認(rèn)條件下檢索的工藝知識列表。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列表。在列表的操作列，點(diǎn)擊查看，在彈出的頁面顯示工藝知識的明細(xì)內(nèi)容。選中行，點(diǎn)擊導(dǎo)出按鈕，則選中行的工藝知識會按照導(dǎo)出模板進(jìn)行批量導(dǎo)出。

4 結(jié)語

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