液壓集成塊地CAD設(shè)計(jì)

1、液壓集成塊的CAD設(shè)計(jì)時(shí)間：2004-12-24 點(diǎn)擊數(shù)：676 液壓集成塊的CAD設(shè)計(jì)引言液壓集成塊的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)既復(fù)雜又容易出錯(cuò)的工作，長(zhǎng)期以來(lái)一直困擾著人們。盡管人們已經(jīng)在這方面做了大量的工作，但隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，新的問(wèn)題也不斷的出現(xiàn)， 使液壓集成塊的設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜。有些液壓集成塊的設(shè)計(jì)研究盡管部分涉及了三維輔助內(nèi)容，但不成體系，并沒(méi)有把三維設(shè)計(jì)作為基本設(shè)計(jì)手段，仍然是二維和三維的結(jié)合。因此本方法改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法而采用三維設(shè)計(jì)，二維輸出的設(shè)計(jì)思路。設(shè)計(jì)者僅僅需要參與閥的空間規(guī)劃連通關(guān)系確認(rèn)等極少的工作，其他的工藝孔的設(shè)計(jì)規(guī)劃，三維圖和二維圖以及元件清單繪制等都由這個(gè)智能化的設(shè)計(jì)環(huán)

2、境來(lái)完成。極大的減少了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，把他們徹底地從繁重的設(shè)計(jì)勞動(dòng)解放出來(lái)。1. 液壓集成塊虛擬設(shè)計(jì)的原理及特點(diǎn)液壓集成塊虛擬設(shè)計(jì)的原理是利用人類三維可視化思維的特點(diǎn)，避免設(shè)計(jì)過(guò)程中圖紙二維和在設(shè)計(jì)者頭腦中三維的相互轉(zhuǎn)換而引起的錯(cuò)誤。液壓集成塊虛擬設(shè)計(jì)主要是研究液壓集成塊在虛擬環(huán)境下的設(shè)計(jì)。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和軟件工程以及參數(shù)化三維實(shí)體造型技術(shù)相結(jié)合，建立一個(gè)虛擬的設(shè)計(jì)環(huán)境，完成動(dòng)態(tài)的展示，三維視圖的分析、觀察等。設(shè)計(jì)者如同加工者，打孔、校驗(yàn)等工作處于一個(gè)虛擬的環(huán)境中，設(shè) 計(jì)結(jié)果即時(shí)顯示，減少了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中二維和三維在設(shè)計(jì)者頭腦中的轉(zhuǎn)換。符合人類的設(shè)計(jì)思維，避免了設(shè)計(jì)中的誤區(qū)。通過(guò)人工智能、

3、路徑規(guī)劃等理論相結(jié)合，完成閥的布置以及工藝孔的自動(dòng)設(shè)計(jì)等功能。最終輔助設(shè)計(jì)者輕輕松完成集成塊的設(shè)計(jì)。使設(shè)計(jì)者如同直接面向集成塊進(jìn)行處理，以選取最佳方案。2. 相關(guān)支撐理論與技術(shù)2.1虛擬工程隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，各種設(shè)計(jì)方法已經(jīng)或正在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)也應(yīng)拋棄早先計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的舊模式-二維電子圖版，而以虛擬設(shè)計(jì)取而代之。如何建立一個(gè)液壓集成塊設(shè)計(jì)的虛擬環(huán)境是研究的重點(diǎn)內(nèi)容。但虛擬環(huán)境的建立不僅僅是建立一個(gè)三維方式的設(shè)計(jì)軟件，還包括：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件工程技術(shù)及編程技術(shù)(00)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、CAD/CAM/CAPP 技術(shù)、人工智能理論

4、技術(shù)、空間規(guī)劃及裝配技術(shù)、產(chǎn)品建模技術(shù)(基于特征卜數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)等等。因此可以稱為虛擬工程。2.2計(jì)算機(jī)軟件工程建立一個(gè)液壓集成塊設(shè)計(jì)的虛擬環(huán)境，需要設(shè)計(jì)者研制開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的軟件。本文利用UML標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言進(jìn)行軟件系統(tǒng)建模。UML標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言是基于面向?qū)ο蟮慕ＵZ(yǔ)言。標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言UML定義了 5類，共10種模型圖：第一類是用例圖；第二類是靜態(tài)圖，包括類圖、 對(duì)象圖和包圖；第三類是行為圖，包括狀態(tài)圖和活動(dòng)圖；第四類是交互圖，包括順序圖、合 作圖；第五類是實(shí)現(xiàn)圖，包括構(gòu)件圖和配置圖。如圖1,介紹用例圖的設(shè)計(jì)，描述了用戶使用系統(tǒng)的過(guò)程和內(nèi)容。用戶的最終目的是獲得孔道數(shù)據(jù)的分析(parsi

5、ng holes),獲得二維平面圖的輸出(outputting drawing)，以及孔道列表(Holes list in g)。而這些要求的完成是使用了軟件內(nèi)部的數(shù)據(jù)對(duì)象列表( Data object list )。數(shù)據(jù)對(duì)象 列表是數(shù)據(jù)源(data resource,即數(shù)據(jù)來(lái)源于外部數(shù)據(jù)庫(kù))的擴(kuò)展，同時(shí)使用虛擬編輯器(virtualcompiler )。虛擬編輯器是系統(tǒng)推理機(jī)，完成虛擬設(shè)計(jì)過(guò)程的推理工作，它使用校驗(yàn)孔道功 能(checking holes)、視圖顯示(view)，以及連通關(guān)系的選擇 (choosing relation)等工作。2. 3人工智能理論技術(shù)隨著軟件技術(shù)的快速發(fā)展，

6、如何開(kāi)發(fā)出使用簡(jiǎn)單、 功能強(qiáng)大的軟件成為軟件設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)之一。軟件設(shè)計(jì)要求軟件的設(shè)計(jì)者對(duì)軟件的使用者所處的各種情況了如指掌，這樣才能夠使軟件在使用過(guò)程中對(duì)各種情況有所預(yù)見(jiàn)。隨著智能技術(shù)的發(fā)展，智能技術(shù)也被應(yīng)用于軟件的開(kāi)發(fā)中，使軟件的推理、預(yù)測(cè)能力得到增強(qiáng)。 液壓閥塊設(shè)計(jì)中的空間規(guī)劃以及路徑自動(dòng)設(shè) 計(jì)都要應(yīng)用到推理和設(shè)計(jì)結(jié)果的優(yōu)化處理。2. 4空間規(guī)劃及路徑設(shè)計(jì)液壓集成塊空間規(guī)劃和路徑設(shè)計(jì)是相輔相成的，應(yīng)相互兼顧。如果集成塊空間規(guī)劃的好，幾何尺寸恰當(dāng)，在進(jìn)行路徑設(shè)計(jì)時(shí)，孔道連通方便，工藝孔數(shù)目少。否則工藝孔數(shù)目多，并且 孔道間很容易發(fā)生干涉，就要反復(fù)進(jìn)行路徑設(shè)計(jì)。甚至多次修改設(shè)計(jì)也無(wú)法保證設(shè)

7、計(jì)結(jié)果正 確，此時(shí)必須要修改集成塊的空間規(guī)劃方案。因此集成塊的空間規(guī)劃不能盲目進(jìn)行，要依據(jù)所要設(shè)計(jì)的閥塊的原理圖中孔道的連通關(guān)系，它為路徑設(shè)計(jì)提供依據(jù)， 并為路徑設(shè)計(jì)順利進(jìn)行創(chuàng)造條件。結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遺傳算法獲得系統(tǒng)推理中的最優(yōu)解。因此在以螺紋插裝閥為主的集成塊的設(shè)計(jì)是一個(gè)多階段優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，它包括兩部分內(nèi)容：*集成塊的空間規(guī)劃設(shè)計(jì)方案最優(yōu)化，即在空間規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免產(chǎn)生工藝孔；避免干涉；*在空間規(guī)劃設(shè)計(jì)完成時(shí)，進(jìn)行路徑設(shè)計(jì)時(shí)盡量保證工藝孔數(shù)目最少和工藝孔深度最淺等。 進(jìn)行自動(dòng)和半自動(dòng)設(shè)計(jì)；集成塊設(shè)計(jì)問(wèn)題著眼于空間規(guī)劃和路徑設(shè)計(jì)問(wèn)題，空間規(guī)劃是指液壓元件在閥塊上的合理擺放問(wèn)題，解決液壓元件

8、空間干涉問(wèn)題；路徑設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)合理的滿足液壓系統(tǒng)油路要求的路 徑，解決閥塊內(nèi)部路線設(shè)計(jì)問(wèn)題。3. 液壓集成塊虛擬設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容液壓集成閥塊是一個(gè)三維六面體，在三維空間中進(jìn)行設(shè)計(jì)，則可得到形象的幾何模型，使設(shè)計(jì)者能夠直接面向真實(shí)感的對(duì)象進(jìn)行處理，以選取最佳方案。這是為什么進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)的主要原因。虛擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)行軟件環(huán)境的建設(shè)，因此研究的首要問(wèn)題是如何進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)。解決的關(guān)鍵性問(wèn)題A. 利用虛擬工程和 Rational Rose 98軟件以及三維實(shí)體造型技術(shù)進(jìn)行軟件系統(tǒng)建模，完成虛擬環(huán)境的設(shè)計(jì)；軟件的建模研究?jī)?nèi)容包括：*面向?qū)ο蠹夹g(shù)的使用*軟件的建模語(yǔ)言 UML的使用* Rationa

9、l Rose98軟件的建模過(guò)程等等軟件的建模的目的是為空間規(guī)劃（閥）和路徑設(shè)計(jì)（工藝孔）提供一個(gè)良好的虛擬環(huán)境。B. 應(yīng)用交互的方法協(xié)助設(shè)計(jì)者進(jìn)行液壓閥空間規(guī)劃推理設(shè)計(jì)；研究?jī)?nèi)容包括：*液壓閥空間規(guī)劃的原則和方法*液壓閥空間規(guī)劃的優(yōu)化*液壓集成塊空間規(guī)劃的推理、交互設(shè)計(jì)等；C. 應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遺傳算法進(jìn)行工藝孔自動(dòng)設(shè)計(jì)推理，完成集成塊路徑設(shè)計(jì)優(yōu)化等工作，此部分為液壓集成塊虛擬設(shè)計(jì)的核心部分。研究?jī)?nèi)容包括：*工藝孔路徑設(shè)計(jì)的原則和方法*工藝孔智能路徑設(shè)計(jì)*工藝孔路徑設(shè)計(jì)的步驟和實(shí)現(xiàn)D. 此外，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)方面，應(yīng)用OpenGL技術(shù)進(jìn)行虛擬環(huán)境的建設(shè)；在CAD/CAM/CAPP 技術(shù)方面

10、，應(yīng)用 AutoCAD R14作為支撐軟件，進(jìn)行 ARX開(kāi)發(fā)；在數(shù)據(jù)庫(kù) 管理技術(shù)方面，進(jìn)行軟件的數(shù)據(jù)管理和孔道數(shù)據(jù)庫(kù)的建立等；4. 結(jié)論與實(shí)踐本文以現(xiàn)今液壓集成塊設(shè)計(jì)中流行的多階梯螺紋插裝閥為研究對(duì)象，改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法而采用三維設(shè)計(jì)，二維輸出的設(shè)計(jì)思路。 該方法結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、 人工智能理論、軟件工程、 路徑規(guī)劃、參數(shù)化三維實(shí)體造型技術(shù)等理論，建造一個(gè)虛擬的設(shè)計(jì)環(huán)境，以輔助設(shè)計(jì)者完成液壓集成塊的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)液壓集成塊虛擬設(shè)計(jì)的研究，可以初步實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的動(dòng)畫(huà)展示，以輔助設(shè)計(jì)者進(jìn)行及時(shí)的校驗(yàn)、修改、分析；以便于液壓集成塊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整。圖2至圖5是集成塊虛擬設(shè)計(jì)時(shí)，軟件系統(tǒng)提供的多視圖多功能的動(dòng)態(tài)幫助。如圖2,為液壓集成塊的整體結(jié)構(gòu)；如圖 3，為液壓集成塊部分選取結(jié)構(gòu)；如圖4,為液壓集成塊剖視結(jié)構(gòu)；如圖5,為液壓集成塊部分反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)；它們?yōu)?/p>