产品创新服务平台的开发与实现

盛晓茜，高羡明，周　强，杨　骅，王　勉

(西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049)



产品创新服务平台的开发与实现

盛晓茜，高羡明，周强，杨骅，王勉

(西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049)

摘要：为了有效支撑科技型中小企业新产品的创新开发，满足客户对产品开发能力与开发资源的需求，研究可支撑新产品快速开发与资源信息化的创新服务平台.重点探讨创新服务平台的基础架构、数据库结构，以及在线3D打印、设计资源库、众包设计等功能模块的实现等问题.已投入商业运营的平台，提高了长三角区域集群式中小企业的新产品创新开发能力，促进了区域制造业与信息化的融合.

关键词：产品创新；在线3D打印；设计资源库；众包设计

目前，产品的创新开发正朝着数字化、模块化、参数化、网络协同化方向发展.设计与制造企业需要合理地利用网络化、集成化的信息管理系统，有效地组织、管理及重用企业内部及外部的设计制造资源.

制造业产业链的群体性协作和区域企业集群式发展是当今制造业发展的重要模式.大部分企业对设计资源的组织、管理和重用局限于企业内部，缺乏大范围的工程数据传递和信息共享，不利于复杂产品设计链中各企业的协同，以及产品创新能力的提升.因此，需要通过网络化来优化配置设计资源，使得科技型中小企业融入产业链，共同完成复杂产品的快速设计和创新.

网络化制造作为在网络经济情况下产生并得到广泛应用的先进制造模式，由于它的合理性、可行性和新兴性，相关研究正在全球迅速兴起.美国国防部于1995年提出“制造系统的敏捷基础设施”项目[1]，为用户提供各种有助于虚拟企业形成和运作的服务.意大利、西班牙、希腊等国家开发的欧洲中小企业网，设计和建立了一个开放平台来支持中小企业在网络生产环境下制造机械零部件和产品[2].加拿大的NetMan研究项目[3]，开发了一个支持敏捷制造网络的操作系统，为有关企业提供了一个网络化制造系统和协同业务框架.

我国从1999年开始,将网络化制造技术在行业的应用示范作为“九五”国家重点科技攻关计划，国家863计划CIMS主题专家组也有计划地部署了一系列相关课题.华中理工大学杨叔子院士提出了 “分布式网络化制造系统”的总体构想[4].西安交通大学汪应洛院士提出了精简、灵捷、柔性生产系统模式[5].西安交通大学卢秉恒院士提出了快速响应制造并应用于模具制造中[6].香港理工大学的李荣彬教授[7]和同济大学的张曙教授[8]提出了分散网络化生产系统的构思.重庆大学刘飞教授提出了区域性网络化制造系统概念[9].上海交通大学严隽琪教授提出了敏捷制造网络化工程的实施建议[10].清华大学范玉顺教授从总体技术、基础技术、集成技术和应用实施技术四个层面对网络化制造的关键技术进行了辨识[11].西安交通大学江平宇教授对面向扩展企业的网络化制造集成平台进行了研究[12].

相关研究以新产品创新开发技术为基础，针对科技型中小企业新产品创新开发过程的开发能力与开发资源需求，研究基于网络的数字化产品创新开发关键技术，将产品设计链中各企业内外部的设计知识等资源合理有效地集成管理起来，开发支撑新产品快速开发能力与资源的信息化服务平台.通过系统平台的开发及应用，达到促进产品快速设计、提升产品创新设计能力和协同设计水平的目的，进而提升制造企业的核心竞争力.

1产品创新服务平台软件系统的开发

1.1软件系统的开发基础

1.1.1NET平台下的三维CAD 系统二次开发技术

.NET框架(Framework)是.NET平台的重要组成部分，是用于构建、开发以及运行Web Service和Web 应用程序的公共环境.Web产品创新系统开发，主要利用ASP.NET技术进行Web程序开发来实现系统的各个功能；使用ADO.NET来连接数据库并实现数据搜索、数据更新、数据备份等操作，在网络环境下实现数据共享；实现多个三维CAD 系统在网络环境下的编程接口.

1.1.2AJAX——Web2.0技术

Web2.0技术是依据AJAX异步通信技术、开放API、内容协同、P2P传输等技术实现的新一代互联网模式.AJAX技术主要应用在三维模型无刷新浏览与智能搜索中，实现页面小范围内数据更新，提高程序反应速度，为用户提供交互性更好的Web应用程序.

1.1.3Web3D技术

Web3D技术主要应用于零件三维CAD模型在网页上的显示，用户只需安装相应的浏览器插件即可实现在页面中浏览零件的三维模型，并能进行一定的交互操作.

1.2软件系统的逻辑结构

产品创新开发软件系统基于ASP.NET的逻辑结构体系如图1所示.

图1　基于ASP.NET的软件系统逻辑结构

2产品创新服务平台软件系统的实现

云创3D是针对中小企业用户产品创新开发的能力与资源服务平台，主要包括服务商业务管理系统、客户任务管理系统、产品创新开发服务询价报价系统、零部件模型资源库、常用零部件智能选型工具集以及创新服务平台业务辅助系统等功能模块.产品创新开发能力与资源服务提供商利用该平台提供的服务商业务管理系统，进行创新开发任务智能检索匹配、任务报价竞标、任务进展状态同步、服务客户管理、服务数据统计分析等，并能通过平台进行服务能力发布和服务资源管理，有效参与服务订单竞标.在平台提供的客户任务管理系统中，可进行创新开发任务询盘的发布、服务商能力与资质分析匹配、报价分析、任务授盘、任务进展状态监控、服务商管理等，并能通过产品创新服务平台的零部件选型工具和零部件模型资源库辅助，快速进行产品开发设计.平台特别针对在新产品开发中运用逐渐增加的3D打印技术，集成了许多能力服务和资源服务.

2.1在线3D打印服务

针对企业用户，直接通过平台上传需要3D打印的模型，进行在线配置，并快速得到精确报价；针对个人用户，直接通过平台上传可用于3D打印的数字模型，进行在线配置，并快速得到精确报价.同时提供在线3D打印流程介绍和典型案例.企业版和个人版在线3D打印的服务流程基本一致，如图2所示.

图2　在线3D打印服务流程图

企业版在线3D打印服务用户上传模型界面如图3所示.

图3　企业版在线3D打印服务用户上传模型界面

2.2设计资源库

依据面向领域的零件资源通用分类模式，按不同的应用领域划分了多个子系统资源库，包括标准件、常用零件模型库，创意模型库，选型工具，3D打印机，3D打印材料.用户点击各子库标签进入相应的资源库系统.

以零件参数化驱动功能的实现为例，介绍设计资源库的设计.零件三维模型参数化驱动设计是实现零部件变型设计，进而实现复杂产品快速设计的关键.可采用UML活动图表示零件三维模型在线参数化驱动设计的实现过程(图4).

图4　零件资源参数化驱动的UML活动图

某流体系统通用零部件“GB 598-80 船用外螺纹青铜填料旋塞 A型”的参数化驱动设计实例如图5所示.用户修改参数变量值或从系列化的参数列表中选择参数值，通过在线参数化驱动完成零部件的变型设计，下载获得新的零部件三维CAD模型，用于产品的快速设计.

图5　参数化驱动设计实例

2.3众包设计服务

众包设计服务模块架构是以Web2.0技术为基础的信息平台.用户发布工业设计、结构设计、结构分析等方面的设计需求，服务商和设计者会主动提供设计方案.这实现了协同自组织的新型网络工作环境.众包设计服务模块架构如图6所示.

图6　众包设计服务模块架构

众包设计为不同的设计者和服务商提供了创新设计的平台.用户提出设计需求，不同的设计者和服务商提出设计方案，最终由用户选择最满意的方案(图7).

3产品创新服务平台软件系统的应用

目前，产品创新服务平台已投入商业运营，面向产品创新开发用户提供相关的技术、信息、资源以实服务，降低了企业创新设计过程的非有效成本，缩短了企业新产品开发制造周期，增强了区域集群中小型企业的整体实力.

图7　众包设计服务模块的实现

4结束语

现产品创新开发为目的，研究了设计资源集成管理的模式、方法和关键技术，并在此基础上开发了网络化的资源集成管理系统.利用先进的信息技术与知识管理技术，将复杂产品设计链中各企业现有零部件模型、设计知识等资源合理有效地集成管理起来，建立产品研发设计能力公共服务与资源共享平台，为各制造企业，特别是信息化水平较弱的中小型企业提供技术能力、专业化的软件应用和数据管理等服务.在客户需求多变和市场竞争日益激烈的网络化制造环境下，通过应用创新开发平台来最大限度地重用设计资源及成果，使产品设计具有足够的柔性和敏捷性，极大地提升设计资源应用的综合效能，有效地缩短产品开发周期,提高产品研发质量，进而快速响应个性、多变的客户需求.这对提升企业竞争力具有十分重要的意义，同时对提升中小企业信息化水平及增强我国制造产业链的整体市场竞争力都具有极其重要的现实意义.

参考文献:

[1]Fujii S,Kaihara T,Morita T.A distributed virtual factory in agile manufacturing environment[J].International Journal of Production Research,2000,38(17):4113-4128.

[2]Istvan T,Gyorgy L K,Paolo P.Co-operative production planning for small and medium-sized enterprises[J].International Journal of Production Economics,2000,64(1):37-48.

[3]Cloutier L,Frayret J M,Amours S D,et al.The NetMan agent based architecture for e-business in network organizations[C]//E-Business and Virtual Enterprises:managing Business to Business Cooperation,IFIP Conference Proceedings,2000:157-166.

[4]胡春华，吴波，杨叔子.基于多自主体的分布式智能制造系统研究[J].中国机械工程,1998,9(7):54-57.

[5]汪应洛.新世纪的生产系统——精简、灵捷、柔性生产系统[J].中国机械工程,1995,6(5):7-9.

[6]覃正，卢秉恒，梁正和.灵捷制造的并行集成决策[J].西安交通大学学报,1998,32(5):99-101.

[7]李荣斌.分散网络化生产系统的背景和设想[J].工厂建设与设计,1997(5):40-43.

[8]张曙.分散网络化制造[M].北京:机械工业出版社,1999.

[9]Liu F,Yin C,Liu S.Regional networked manufacturing system[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering,2000(13):97-103.

[10]严隽琪，倪炎榕，马登哲.基于网络的敏捷制造[J].中国机械工程,2000,11(1-2):101-104.

[11]范玉顺，刘飞，祁国宁.网络化制造系统及其应用实践[M].北京:机械工业出版社,2003.

[12]江平宇，周光辉，赵刚，等.面向扩展企业的网络化制造ASP平台研究[J].中国机械工程,2004,15(19):1739-1744.

Development and Implementation for the Service Platform of Product Innovation

SHENG Xiao-qian, GAO Xian-ming, ZHOU Qiang, YANG Hua, WANG Mian

(State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering，Xi'an Jiaotong University，Xi'an 710049，China)

Abstract：In order to effectively support the innovative development of the new products for the middle and small-sized technological enterprises and satisfy the clients' requirements of produce development ability and resource, a research on the development and implementation for the service platform of product innovation has been conducted which can support the rapid product development and the resource informatization. This paper mainly discusses the key points for the implementation of the platform, such as the fundamental framework, the database structure and the function modules like online 3D printing, design resource repository, crowdsourcing design and so on. The platform has been in the stage of commercial operation at present and has improved the innovative capability of the clustered middle and small-sized enterprises in the Yangtze River delta region, and promoted the integration of regional manufacturing industries and the information technology.

Key words:product innovation; online 3D printing; design resource repository; crowdsourcing design

doi:10.3969/j.issn.1006-3269.2016.01.008

中图分类号：TH16;TP391

文献标识码：A

作者简介：盛晓茜(1986-)，女，安徽肥西人，博士研究生，研究方向为结构拓扑优化设计.

基金项目：国家863计划资助项目(2013AA040604)

收稿日期：2015-10-03

文章编号：1006-3269(2016)01-0041-05