《智能制造案例库》设计开发

重庆理工大学 机械工程学院 重庆 400054

引言

案例教学是一种重要的教学方法，特别是对于专业学位研究生培养来说尤其如此。本文针对智能制造背景下机械类专业学位研究生的培养，通过产学研合作，收集和开发了主要面向产品全生命周期主要阶段的智能化升级改造工程案例，采用先进的信息技术，开发了《智能制造案例库》，供相关教师和研究生在教学和学习过程中参考和借鉴[1-3]。

1 《智能制造案例库》系统需求分析

1.1 案例库资源内容划分 《智能制造案例库》根据案例内容分为智能制造基础、研发设计智能化、智能化制造技术、智能生产过程管控、智能化综合集成五大模块，资源类型包括文本、图片、视频、智能制造相关软件案例文件等。

1.1.1 智能制造基础模块 智能制造基础模块主要涵盖智能制造公共知识和技术，如智能制造内涵与发展趋势(包括德国工业4.0与美国先进制造业国家战略计划等)、物联网技术、数字孪生技术、基于制造数据驱动的产品战略等，以及典型的与智能制造相关的软件系统与应用。旨在为所有智能制造相关专业课程提供背景及基础理论，有助于学生更全面地了解智能制造。主要服务课程包括《智能制造概论》、《智能制造基础技术及应用》等。

1.1.2 研发设计智能化模块 研发设计智能化模块基于智能制造背景并结合当前研发设计技术的最新发展趋势，搜集、整理和开发基于网络或云平台，应用CAD/CAE等产品设计、建模与仿真技术、数字孪生技术、数据驱动的产品方案决策支持技术、产品研发设计新模式、产品创新设计平台等案例，以及基于PDM、PLM等产品研发数字化智能化研发管理案例。旨在发掘研发设计过程中的先进方向，为学生开拓更宽广的视野。主要服务课程包括《机械创新设计》、《机械优化设计》、《机构运动与动力仿真》，《新产品开发与项目管理》等。

1.1.3 智能化制造技术模块 智能化制造技术模块基于智能制造背景，面向产品的生产加工和装配、过程控制、测试与检验等环节，搜集、整理基于物联网的复杂产品先进生产技术、先进控制技术、先进测试与检验技术等案例，以及车间MES应用典型案例。旨在全面展示智能化制造技术，帮助学生在以后的生产实践中更快掌握核心技术。主要服务课程包括《复杂曲面制造技术》、《智能制造技术与装备》、《伺服驱动与控制技术》、《现代数控技术》、《机械工程测试技术》、《检测与传感器技术》等。

1.1.4 智能生产过程管控模块 智能生产过程管控模块基于智能制造背景，面向产品生产过程中实时物流、信息流和价值流等管理需求，搜集、整理制造业应用MES/ERP/SCM的典型案例。旨在展示车间自动派工、物料、设备和产品品质等实时在线监控和统计的车间级生产管控，以及公司生产计划、物料、库存、资源等实时在线监控和管理的公司级生产管控，有助于学生进一步了解企业生产体系。主要服务课程包括《物流与供应链管理》、《制造成本控制系统工程》、《新产品开发与项目管理》、《精益制造与管理》等。

1.1.5 智能化综合集成模块 智能化综合集成模块基于智能制造背景，面向企业产品研发、生产制造、分销与售后等一体化管控与决策需求，搜集、整理和开发制造系统中的系统综合集成，优化资源配置，优化投入产出，综合考虑效率、效益、环境与可持续发展影响等综合案例，充分体现智能制造跨学科知识、多维技术的整合与集成，如智能车间、智慧工厂等。主要服务课程包括《算法设计》、《精益制造与管理》、《决策理论》等。

1.2 案例库功能划分 《智能制造案例库》按功能划分为案例浏览、案例检索与查询、案例资源上传与下载、案例资源评价、案例资源统计、案例资源管理及案例资源共享等。

1.2.1 用户角色

系统管理员：案例资源管理，案例资源上传与下载，用户管理等。

教师：案例浏览、检索与查询，案例资源上传与下载，案例资源评价，案例资源共享，学生团队管理等。

学生：案例浏览、检索与查询，案例资源上传与下载，案例资源评价等。

企业用户：案例浏览、检索与查询，案例资源上传与下载，案例资源评价等。

1.2.1 系统管理后台 具备用户与权限，用户分组，案例资源管理等基本功能。系统管理员拥有所有权限，具备批量初始化注册用户，审核注册用户及用户权限分级管理，并可以对案例资源进行编辑修改以及进行资源评价等。

2 系统开发工具及关键技术

2.1 系统开发工具 《智能制造案例库》系统采用B/S结构，主要编程语言采用python，JavaScript；数据库使用 MySQL。前端开发使用Bootstrap框架进行基础界面设计，完成静态网页布局；使用Vue渐进式框架对静态网页进行渲染，使网页更有活力；后端开发使用基于Python的Django框架实现 Model(模型)，View(视图)，Template(模板)的编程模式如图3.1所示。

图3.1 Django编程模式

最后使用Nginx负责把在计算机上用Django建出的后台程序部署在服务器上。使得系统可以进行强大的高并发处理，承受巨大的访问量和请求数量。

2.2 关键技术 搭建了资源评价共享工具。教师用户可以建立、管理团队和团队案例库，也可以向公共案例库提交案例资源供所有用户学习。学生用户加入团队可查看老师发布在团队案例库的案例，也可以将自己完成的一些作品上传至团队案例库，老师可以选择学生的优秀作品上传至公共案例库以供所有用户查看学习。企业用户可以上传和下载案例，智能软件企业可以上传相关智能软件简介。在案例查看页面添加主动评价栏，并于后台记录用户在公共案例库案例资源的浏览时间，将两者结合起来对资源进行评价，浏览时长将赋予主动评价更高的权重，当一个案例资源的差评量和差评率同时达到预先设定的阈值，该案例资源将被自动反馈清理。最终案例资源会以一个良好的生态存在于案例库中。其总体结构体系如图3.2所示。

图3.2 资源评价共享结构图

3 系统设计开发

3.1 前台设计开发 前台应用包括首页、用户登录页、用户注册页、案例展示页、案例浏览页、用户管理页、团队管理页等。部分页面如图3.1、3.2所示。

图3.1 智能制造案例库首页

图3.2 智能制造案例库案例展示页

首页包含侧边导航栏，根据智能基础、研发设计、智能制造、生产管控、综合集成五大模块进行导航设计。智能基础下设二级目录包括智能制造基础知识，智能制造行业资讯以及智能制造相关软件。页面顶端设计关键字搜索可以匹配案例名称进行搜索，后续将对搜索功能进行改进实现智能化搜索。顶端右方可以进行用户登录，用户登录后可由下拉菜单进入用户管理页。中间主体上部分为案例库统计信息，下方为最新案例列表。

用户登录页为一个登录的表单控件，并提供跳转至用户注册页的按钮，用户注册页为一个注册表单控件。

案例展示页根据案例编号，案例名称，案例模块，创建时间进行案例展示，表头处可以实现排序，搜索框可以通过匹配对比案例所有信息进行检索。显示下拉菜单可以切换每页显示的案例项，上、下页按钮实现页面切换。

3.2 后台设计开发

3.2.1 用户管理模块 用户管理模块实现对用户进行管理，实现用户分组，用户信息增、删、改、查，用户权限设置。用户模块考虑设定积分等级制，例如有效浏览(浏览达一定时长)增加积分，有效评价(给予资源评价)，有效上传案例资源增加积分(假如最后该资源被系统评价反馈自行清除后，将扣除该部分积分并额外扣除一定积分进行惩罚)等。设定积分到达一定量即可提升等级，等级越高，对资源评价赋予的权重越高，可以防止部分用户恶意进行差评导致评价反馈出现不稳定的情况。用户管理部分模块界面如图3.3所示。

图3.3 部分用户管理模块界面

3.2.2 案例管理模块 案例管理模块实现对案例资源科学有效的管理。主要包括案例分类，案例浏览，案例查询，案例上传，案例下载以及案例的增、删、改、查。同时记录案例资源的评价，根据主——被动结合的评价反馈对案例资源进行自清理，确保案例资源的优良性。并且可以考虑在用户(学生)工作管理页增设推荐栏，调用学生所选课程进行匹配，将相关的与所选课程与对应的案例资源采取部分以优良度进行排序进行推荐，增加优良资源的传播性；另一部分以随机抽取方式进行推荐，防止资源推荐冷启动问题，以及避免因部分优秀资源先流入而形成壁垒的弊端。案例管理部分模块界面如图3.4所示

4 结束语

《智能制造案例库》在实现传统的案例库基础功能上，进一步增加学生——教师团队案例库，资源评价反馈，资源自动清理，资源推送共享等更为符合案例平台需求的功能，提升案例资源传播率、案例资源优良率，从而就提高了案例资源有效利用率。《智能制造案例库》给予了教师、学生、工程技术人员学习和理解智能制造工程实践的新型平台，丰富了学生的学习资源，同时也更能激发学生学习相关课程的兴趣，提升与智能制造相关课程的教学效果，从而提高人才培养质量。

图3.4 案例管理部分模块界面