本發(fā)明涉及工業(yè)級(jí)3d打印技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種工業(yè)級(jí)3d打印云服務(wù)的應(yīng)用需求優(yōu)化匹配方法。

背景技術(shù)：

工業(yè)級(jí)3d打印設(shè)備不同于一般的桌面級(jí)3d打印設(shè)備，其價(jià)格昂貴，生產(chǎn)性打印、運(yùn)行維護(hù)和管理比較復(fù)雜，技術(shù)要求高，一般企業(yè)難以具備，屬于較為寶貴的資源。為了促進(jìn)工業(yè)級(jí)3d打印應(yīng)用發(fā)展，將3d打印與云服務(wù)結(jié)合，構(gòu)建工業(yè)級(jí)3d打印云服務(wù)，充分共享工業(yè)級(jí)3d打印設(shè)備資源。但是，由于工業(yè)級(jí)3d打印設(shè)備資源種類(lèi)繁多，功能各異，應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)廣泛，云服務(wù)系統(tǒng)可以為用戶(hù)提供多種多樣的3d打印服務(wù)。為了使系統(tǒng)3d打印云服務(wù)池的資源能夠被高效、合理地利用，為用戶(hù)，特別是中小型企業(yè)提供便捷、高效的3d打印云服務(wù)，需要一種優(yōu)化匹配方法，將用戶(hù)的應(yīng)用需求自動(dòng)匹配到最佳的3d打印服務(wù)上去。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

工業(yè)級(jí)3d打印設(shè)備資源作為一種新型制造資源，其特征屬性復(fù)雜，用戶(hù)需求多種多樣。為了使用戶(hù)個(gè)性化需求與3d打印設(shè)備特征屬性較為精確的匹配，本發(fā)明提供了一種層次化彈性匹配算法，用戶(hù)根據(jù)應(yīng)用需求模板填寫(xiě)具體需求參數(shù)，系統(tǒng)后臺(tái)調(diào)用匹配算法，自動(dòng)將用戶(hù)任務(wù)分配給最適合的設(shè)備資源。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)如下：

所述一種工業(yè)級(jí)3d打印云服務(wù)的應(yīng)用需求優(yōu)化匹配方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：采集用戶(hù)需求信息；所述用戶(hù)需求信息包括基本需求、性能需求和優(yōu)化需求；所述基本需求包括打印材料、應(yīng)用領(lǐng)域、打印件長(zhǎng)、打印件寬、打印件高以及打印精度；所述性能需求包括性能屬性、性能值域和重要程度；所述優(yōu)化需求包括優(yōu)化目標(biāo)；

步驟2：根據(jù)用戶(hù)需求信息，在系統(tǒng)初始可用設(shè)備資源集{m1,m2...mi...ms}中通過(guò)以下層次匹配方法獲得匹配的設(shè)備資源；

步驟2.1：依據(jù)基本需求從初始可用設(shè)備資源集{m1,m2...mi...ms}中匹配得到第一層設(shè)備資源集{m1,m2...mi...mn}，其中第一層設(shè)備資源集中的每個(gè)設(shè)備資源均滿(mǎn)足以下要求：能夠應(yīng)用基本需求中的打印材料，使用的應(yīng)用領(lǐng)域包括基本需求中的應(yīng)用領(lǐng)域，能夠打印的打印件尺寸范圍包含基本需求中的打印件尺寸，打印精度滿(mǎn)足基本需求中的打印精度要求；

步驟2.2：通過(guò)以下過(guò)程計(jì)算第一層設(shè)備資源集{m1,m2...mi...mn}中每個(gè)設(shè)備資源mi與用戶(hù)性能需求的匹配度：

用戶(hù)性能需求中的性能屬性集合為{c1,c2...cj...ca}，每個(gè)性能屬性cj的權(quán)重ωj根據(jù)公式

計(jì)算得到，其中l(wèi)j為性能屬性cj的重要程度值；

每個(gè)性能屬性cj的目標(biāo)函數(shù)fj根據(jù)以下規(guī)則確定：

(1)、如果設(shè)備資源mi對(duì)應(yīng)性能屬性cj的取值范圍[pi,qi]，與用戶(hù)性能需求中對(duì)于性能屬性cj的值域范圍[pj,qj]沒(méi)有交集，則fj取0；

(2)、如果pi＜pj且qi＜qj，則

(3)、如果pi＞pj且qi＞qj，則

(4)、如果pi＜pj且qi＞qj，則

(5)、如果pi≥pj且qi≤qj，則fj＝1；

對(duì)設(shè)備資源mi性能屬性的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)得到設(shè)備資源mi與用戶(hù)性能需求的匹配度

步驟2.3：根據(jù)第一層設(shè)備資源集{m1,m2...mi...mn}中每個(gè)設(shè)備資源與用戶(hù)性能需求的匹配度，選擇得到第二層設(shè)備資源集{m1,m2...mi...mr}；

步驟2.4：根據(jù)用戶(hù)的優(yōu)化需求從第二層設(shè)備資源集{m1,m2...mi...mr}得到匹配的設(shè)備資源。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種工業(yè)級(jí)3d打印云服務(wù)的應(yīng)用需求優(yōu)化匹配方法，其特征在于：所述優(yōu)化目標(biāo)為服務(wù)耗時(shí)，服務(wù)質(zhì)量或服務(wù)價(jià)格中的一種目標(biāo)；

若采集的用戶(hù)優(yōu)化目標(biāo)為服務(wù)耗時(shí)，則在步驟2.4中選擇第二層設(shè)備資源集{m1,m2...mi...mr}中的完成任務(wù)所需時(shí)間最短的設(shè)備資源為匹配的設(shè)備資源；所述完成任務(wù)所需時(shí)間包括打印前，打印中和打印后三個(gè)部分所需時(shí)間；打印前所需時(shí)間指設(shè)備資源完成已有任務(wù)所需時(shí)間，打印中所需時(shí)間指設(shè)備資源完成用戶(hù)打印任務(wù)本身所需的時(shí)間，打印后所需時(shí)間指物流時(shí)間；

若采集的用戶(hù)優(yōu)化目標(biāo)為服務(wù)質(zhì)量，則在步驟2.4中選擇第二層設(shè)備資源集{m1,m2...mi...mr}中與用戶(hù)性能需求匹配度最高的設(shè)備資源為匹配的設(shè)備資源；如果存在多個(gè)設(shè)備資源與用戶(hù)性能需求匹配度相同且最高，則在這些設(shè)備資源中選擇歷史服務(wù)綜合評(píng)分最高的設(shè)備資源為匹配的設(shè)備資源；

若采集的用戶(hù)優(yōu)化目標(biāo)為服務(wù)價(jià)格，則在步驟2.4中選擇第二層設(shè)備資源集{m1,m2...mi...mr}中服務(wù)價(jià)格最低的設(shè)備資源為匹配的設(shè)備資源。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種工業(yè)級(jí)3d打印云服務(wù)的應(yīng)用需求優(yōu)化匹配方法，其特征在于：所述基本需求中的應(yīng)用領(lǐng)域分為航空航天、醫(yī)療、模具、汽車(chē)、電子以及能源動(dòng)力六個(gè)領(lǐng)域；每個(gè)領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集為：

航空航天領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集包括耐腐蝕性、伸長(zhǎng)率、抗熱強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、剛度、彈性；醫(yī)療領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集包括拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、彎曲強(qiáng)度、粘接強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、硬度、疲勞強(qiáng)度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性；模具領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集包括硬度、抗彎強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、沖擊韌度、表面粗糙度；汽車(chē)領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集包括動(dòng)載系數(shù)、硬度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、蠕變極限；電子領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集包括疲勞強(qiáng)度、剛度、導(dǎo)電性、耐腐蝕性；能源動(dòng)力領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集包括抗氧化溫度、抗熱強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、持久強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種工業(yè)級(jí)3d打印云服務(wù)的應(yīng)用需求優(yōu)化匹配方法，其特征在于：性能屬性的重要程度分為重要、比較重要和一般重要三個(gè)等級(jí)，其數(shù)值依次為3，2，1。

有益效果

本發(fā)明提出的工業(yè)級(jí)3d打印云服務(wù)的應(yīng)用需求優(yōu)化匹配方法，基于用戶(hù)應(yīng)用需求模板，規(guī)范了用戶(hù)需求填寫(xiě)，設(shè)計(jì)了層次化匹配算法，從功能匹配、性能匹配兩大層次逐層縮小滿(mǎn)足用戶(hù)需求的設(shè)備資源集，最后根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)，將用戶(hù)任務(wù)匹配到最適合的服務(wù)上去。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是工業(yè)級(jí)3d打印材料名稱(chēng)規(guī)范圖。

圖2是多層次匹配算法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

工業(yè)級(jí)3d打印設(shè)備資源作為一種新型制造資源，其特征屬性復(fù)雜，用戶(hù)需求多種多樣。為了使用戶(hù)個(gè)性化需求與3d打印設(shè)備特征屬性較為精確的匹配，本發(fā)明提供了一種層次化彈性匹配算法，用戶(hù)根據(jù)應(yīng)用需求模板填寫(xiě)具體需求參數(shù)，系統(tǒng)后臺(tái)調(diào)用匹配算法，自動(dòng)將用戶(hù)任務(wù)分配給最適合的設(shè)備資源。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)如下：

1.用戶(hù)應(yīng)用需求規(guī)約

工業(yè)級(jí)3d打印用戶(hù)需求具有多種多樣、表達(dá)方式不一的特點(diǎn)，為了避免專(zhuān)業(yè)詞匯、表達(dá)方式等人為因素造成的匹配失敗，在全局資源搜索的基礎(chǔ)上，較為嚴(yán)格、準(zhǔn)確地完成用戶(hù)3d打印應(yīng)用需求與系統(tǒng)3d打印服務(wù)的匹配，需要對(duì)用戶(hù)需求形成規(guī)約。這里所說(shuō)的規(guī)約既包含指定用戶(hù)必須提供的3d打印相關(guān)信息，也包含信息描述方法的限定。

1)用戶(hù)需求模板

工業(yè)級(jí)3d打印用戶(hù)需求與工業(yè)級(jí)3d打印設(shè)備功能相對(duì)應(yīng)，用戶(hù)需求所包含的信息需要準(zhǔn)確、完整地說(shuō)明打印這個(gè)物件所要滿(mǎn)足的各項(xiàng)條件，同時(shí)能夠區(qū)別各個(gè)3d打印設(shè)備資源?？蓪⒂脩?hù)需求分為三個(gè)部分，首先是基本需求，即基本功能需求，包括打印材料，應(yīng)用領(lǐng)域，打印件的具體尺寸，所需的打印精度。其次是打印件應(yīng)當(dāng)具備的性能需求，主要根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)劃分，各性能屬性的重要程度由用戶(hù)自己決定。最后是優(yōu)化需求，即用戶(hù)的優(yōu)化目標(biāo)。具體的用戶(hù)需求模板如下所示：

2)需求描述方法限定

在基本需求中，為了更好地統(tǒng)一打印材料名稱(chēng)，規(guī)定打印材料為常用的范圍較大的材料類(lèi)統(tǒng)稱(chēng)，具體參照?qǐng)D1。應(yīng)用領(lǐng)域分為航空航天、醫(yī)療、模具、汽車(chē)、電子以及能源動(dòng)力六個(gè)領(lǐng)域供用戶(hù)選擇。規(guī)定打印件的尺寸單位為mm。打印精度按層厚分為超高(0-25mm)，高(25-100mm)，中(100-250mm)，低(250-500mm)四個(gè)等級(jí)。

在性能需求中，性能屬性與應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)，不同應(yīng)用領(lǐng)域所側(cè)重的性能屬性集有所差異。航空航天領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集包括耐腐蝕性、伸長(zhǎng)率、抗熱強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、剛度、彈性；醫(yī)療領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集包括拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、彎曲強(qiáng)度、粘接強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、硬度、疲勞強(qiáng)度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性；模具領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集包括硬度、抗彎強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、沖擊韌度、表面粗糙度；汽車(chē)領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集包括動(dòng)載系數(shù)、硬度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、蠕變極限；電子領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集包括疲勞強(qiáng)度、剛度、導(dǎo)電性、耐腐蝕性；能源動(dòng)力領(lǐng)域?qū)?yīng)的性能屬性集包括抗氧化溫度、抗熱強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、持久強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率。性能屬性重要程度分為重要、比較重要和一般重要三個(gè)等級(jí)，其數(shù)值依次為3，2，1。

2.多層次匹配算法

基于應(yīng)用需求模板，結(jié)合多目標(biāo)優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)了一種適用于工業(yè)級(jí)3d打印需求與設(shè)備資源匹配的多層次匹配算法，算法流程如圖2所示，共分為兩個(gè)層次，具體如下：

1)功能需求層次匹配

包括打印材料，應(yīng)用領(lǐng)域，打印尺寸以及打印精度的匹配。這些屬性是完成3d打印最基本、最關(guān)鍵的因素，它們將直接影響到打印任務(wù)的完成與否，可看作是硬性參數(shù)，四者間是與的關(guān)系，必須同時(shí)滿(mǎn)足才算匹配成功。對(duì)于這些已經(jīng)規(guī)范的屬性參數(shù)，可直接基于典型的關(guān)鍵字匹配即可。系統(tǒng)初始可用設(shè)備資源集{m1,m2...mi...ms}，經(jīng)過(guò)功能需求層次匹配后變?yōu)閧m1,m2...mi...mn}。

2)性能需求層次匹配

包括性能屬性及其值域的匹配。工業(yè)級(jí)3d打印應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，各個(gè)領(lǐng)域所對(duì)應(yīng)的性能需求有所差別，其對(duì)應(yīng)的性能屬性值域也有所不同。

首先根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域確定可進(jìn)行比較的設(shè)備資源性能屬性集。假定設(shè)備資源mi對(duì)應(yīng)某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的性能屬性集為{c1,c2...ch}，用戶(hù)性能需求集為{c1,c2...cj...ca}，采用線性加權(quán)法，將每個(gè)性能屬性看作一個(gè)目標(biāo)函數(shù)fj，其權(quán)重由其重要程度值lj計(jì)算得出：

式中：

ωj——性能屬性cj的權(quán)重

lj——性能屬性cj的重要程度值

然后，計(jì)算每個(gè)性能屬性的目標(biāo)函數(shù)fj。這些性能屬性參數(shù)值一般來(lái)說(shuō)存在一個(gè)變化范圍，對(duì)應(yīng)設(shè)備資源mi中，其取值范圍為[pi,qi]，可以看做是彈性參數(shù)。假定用戶(hù)對(duì)于性能屬性cj的參數(shù)值范圍要求為[pj,qj]。在[pi,qi]和[pj,qj]沒(méi)有交集的情況下，將fj設(shè)為0。在[pi,qi]和[pj,qj]有交集的情況下，分四種情況來(lái)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值：

①如果pi＜pj且qi＜qj

式中：

fj——性能屬性cj的目標(biāo)函數(shù)值

qi——設(shè)備資源性能屬性參數(shù)值上限

pj——用戶(hù)性能屬性的需求值下限

pi——設(shè)備資源性能屬性的參數(shù)值下限

②如果pi＞pj且qi＞qj

式中：

qj——用戶(hù)性能屬性的需求值上限

③如果pi＜pj且qi＞qj

④如果pi≥pj且qi≤qj

fj＝1(5)

最后，通過(guò)線性加權(quán)法，計(jì)算總目標(biāo)函數(shù)值即設(shè)備資源mi的總匹配度。

式中：

yi——設(shè)備資源mi的總匹配度

當(dāng)yi為0時(shí)，不匹配；當(dāng)yi為1時(shí)，完全匹配；當(dāng)0＜yi＜1部分匹配。yi越大，匹配程度越高。對(duì)于完全匹配及部分匹配這兩種情況，按照匹配度由高到低保留一定數(shù)量的設(shè)備資源集。

經(jīng)過(guò)性能需求匹配后，設(shè)備資源集變?yōu)閧m1,m2...mi...mr}，稱(chēng)這個(gè)資源集為3d打印服務(wù)候選池，對(duì)于這些候選服務(wù)還需要進(jìn)一步優(yōu)化。對(duì)于服務(wù)的優(yōu)化目標(biāo)，結(jié)合用戶(hù)關(guān)注點(diǎn)和工業(yè)級(jí)3d打印特點(diǎn)，選用服務(wù)耗時(shí)，服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)價(jià)格這三個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，選出用戶(hù)最滿(mǎn)意的服務(wù)。

服務(wù)耗時(shí)即完成任務(wù)所需時(shí)間，可分為打印前，打印中和打印后三個(gè)部分。打印前的時(shí)間由任務(wù)個(gè)數(shù)、每個(gè)任務(wù)所需的時(shí)間以及間隔時(shí)間共同決定。打印中時(shí)間部分即打印任務(wù)本身所需的打印時(shí)間，由設(shè)備打印速度決定。打印后的時(shí)間即物流時(shí)間。

服務(wù)質(zhì)量包含主觀判斷和客觀判斷兩部分。客觀判斷指性能需求部分，優(yōu)先選擇候選服務(wù)池中性能需求匹配度最高的那個(gè)服務(wù)。主觀判斷則是指服務(wù)的歷史綜合評(píng)分，對(duì)于性能需求匹配后的資源集，進(jìn)一步挑選評(píng)分高的服務(wù)。

服務(wù)價(jià)格根據(jù)打印件體積與平均單價(jià)來(lái)估算，為用戶(hù)選取候選服務(wù)池中價(jià)格最低的一個(gè)服務(wù)。

由于性能種類(lèi)繁多，提供商提供的信息短缺等情況會(huì)導(dǎo)致不完全匹配?？紤]到工業(yè)級(jí)3d打印的復(fù)雜性及特殊性，對(duì)于部分匹配的情況，后續(xù)以服務(wù)質(zhì)量為主要優(yōu)化目標(biāo)。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。