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N O . 1 2 . 2 0 0 0 C A D / C A M34 研究与开发 R e s e a r c h D e v e l o p m e n t w w w . i c a d . c o m . c n 一引言 设计液压集成块是一项既复杂又容易出错的 工作而且随着液压技术的不断发展新的问题 也不断地出现使液压集成块的设计越来越复 杂本文介绍了一种采用三维设计二维输出的 液压集成块设计方法 设计者仅需参与确认阀体 空间连通关系等极少的工作 其他工作如工艺孔 的设计规划 三维图及二维图的绘制和元件清单 编制等都由智能化的设计环境来完成 此方法极 大地减轻了设计者的劳动强度 二 液压集成块虚拟设计的原理及特点 液压集成块虚拟设计主要是研究液压集成块 在虚拟环境下的设计 通过虚拟现实技术和软件 工程以及参数化三维实体造型技术相结合 建立 一个虚拟的设计环境完成动态的展示进行三 维视图的分析观察设计者如同加工者打孔 校验等工作处于一个虚拟的环境中 设计结果即 时显示 减少了传统设计过程中二维和三维图形 在设计者头脑中的转换符合人类的设计思维 避免了设计中的错误通过将人工智能路径规 划等理论相结合 完成阀体的布置以及工艺孔的 自动设计等功能 最终辅助设计者轻松完成集成 块的设计 使设计者如同直接面向集成块进行处 理选取最佳方案 三 相关支撑理论与技术 1 . 虚拟工程 随着计算机软件和硬件技术突飞猛进的发 展各种产品的设计过程已经或正在应用三维 C A D 技术完成液压系统设计也应抛弃传统的二 维 C A D 模式以虚拟设计取而代之如何建立一 个液压集成块设计的虚拟环境是研究的重点内 容 但虚拟环境的建立不仅仅是编制一个三维设 计软件 还包括虚拟现实技术 计算机硬件技术 计算机软件工程技术及编程技术 计算机图形学 技术C A D / C A M / C A P P技术人工智能理论 技术 空间规划及装配技术 产品建模技术 基于 特征 数据库管理技术网络工程技术等等 因 此可以称为虚拟工程 2 计算机软件工程 建立一个液压集成块设计的虚拟环境需要 设计者研制开发出相应的软件本文利用 U M L 标准建模语言进行软件系统建模U M L标准建 模语言是基于面向对象的建模语言U M L定义 了五类共1 0 种模型图第一类是用例图第二 类是静态图包括类图对象图和包图第三类 是行为图包括状态图和活动图第四类是交互 图包括顺序图合作图第五类是实现图包 括构件图和配置图 如图1 , 介绍用例图的设计 描述了用户使用 系统的过程和内容 用户的最终目的是获得孔道 数据的分析 P a r s i n g H o l e s 获得二维平面图的 输出 O u t p u t t i n g D r a w i n g 以及孔道列表 H o l e s L i s t i n g 而这些要求的完成是使用了软 件内部的数据对象列表 D a t a O b j e c t L i s t 数 据对象列表是数据源D a t a R e s o u r c e 数据来 源于外部数据库的扩展同时使用了虚拟编辑 液压集成块的 C A D设计 周惠友 钟廷修 图1 用例图 计算机辅助设计与制造 2 0 0 0 年第1 2 期35 研究与开发 R e s e a r c h D e v e l o p m e n t 器V i r t u a l C o m p i l e r虚拟编辑器是系统推 理机用来完成虚拟设计过程的推理工作它使 用校验孔道C h e c k i n g H o l e s视图显示 V i e w 功能完成连通关系的选择 C h o o s i n g R e l a t i o n 等工作 3 . 人工智能理论技术 随着软件技术的快速发展 如何开发出使用简 单 功能强大的软件成为软件设计者追求的目标之 一 软件设计要求软件设计者对软件使用的各种情 况了如指掌 这样才能够使软件在使用过程中对各 种情况有所预见随着智能技术的发展智能技术 也被应用于软件的开发中使软件的推理预测能 力得到增强 液压阀块设计中的空间规划以及路径 自动设计都要借助于推理和设计结果的优化处理 4 . 空间规划及路径设计 液压集成块空间规划和路径设计是相辅相承 的应相互兼顾如果集成块空间规划得好几 何尺寸恰当 在进行路径设计时 孔道连通方便 工艺孔数目少否则工艺孔数目多并且孔道间 很容易发生干涉就要反复进行路径设计甚至 多次修改设计也无法保证设计结果正确 此时必 须修改集成块的空间规划方案 因此集成块的空 间规划不能盲目进行 要依据所设计阀块的原理 图中孔道的连通关系它为路径设计提供依据 并为路径设计顺利进行创造条件 结合神经网络 技术和遗传算法获得系统推理中的最优解 因此在以螺纹插装阀为主的集成块的设计是 一个多阶段优化设计过程它包括两部分内容 集成块的空间规划设计方案最优化 即在 空间规划设计时尽量避免产生工艺孔避免干 涉 在空间规划设计完成时 进行路径设计时 尽量保证工艺孔数目最少和工艺孔深度最浅等 进行自动和半自动设计 集成块设计问题着眼于空间规划和路径设计 问题 空间规划是指液压元件在阀块上的合理摆 放问题解决液压元件空间干涉问题路径设计 是指设计合理并满足液压系统油路要求的路径 解决阀块内部路线设计问题 四 液压集成块虚拟设计的主要内容 液压集成阀块是一个三维六面体在三维空 间中进行设计则可得到形象的几何模型使设 计者能够直接面向真实感的对象进行处理 以选 取最佳方案 这是为什么进行虚拟设计的主要原 因 虚拟技术的实现需要进行软件环境的建设 因此研究的首要问题是如何进行计算机软件设 计 1 . 关键性问题 1 利用虚拟工程和R a t i o n a l R o s e 9 8 软 件以及三维实体造型技术进行软件系统建模 完 成虚拟环境的设计软件的建模研究内容包括 面向对象技术的使用 软件的建模语言 U M L的使用 R a t i o n a l R o s e 9 8 软件的建模过程等等 软件建模的目的是为空间规划阀和路径 设计工艺孔提供一个良好的虚拟环境 2 应用交互的方法协助设计者进行液压阀 空间规划推理设计研究内容包括 液压阀空间规划的原则和方法 液压阀空间规划的优化 液压集成块空间规划的推理交互设计 等 3 应用神经网络技术和遗传算法进行工艺 孔自动设计推理 完成集成块路径设计优化等工 作此部分为液压集成块虚拟设计的核心部分 研究内容包括 工艺孔路径设计的原则和方法 工艺孔智能路径设计 工艺孔路径设计的步骤和实现 4 此外在计算机图形学技术方面应用 O p e n G L技术进行虚拟环境的建设在 C A D / C A M / C A P P技术方面应用 A u t o C A D R 1 4作 为支撑软件进行A R X 开发在数据库管理技术 方面 进行软件的数据管理和孔道数据库的建立 等 五 结论与实践 本文以现今液压集成块设计中流行的多阶梯 螺纹插装阀为研究对象 改变传统设计方法而采 用三维设计二维输出的设计思路该方法结合 虚拟现实技术人工智能理论软件工程路径 规划参数化三维实体造型技术等理论建造一 个虚拟的设计环境 辅助设计者完成液压集成块 的设计 通过对液压集成块虚拟设计的研究可以初 N O . 1 2 . 2 0 0 0 C A D / C A M36 研究与开发 R e s e a r c h D e v e l o p m e n t w w w . i c a d . c o m . c n 图3 液压集成块的部分自选取结构 图4 液压集成块的剖视结构 图6 液压集成块平面结构设计 图5 液压集成块的部分反转结构 步实现三维结构的动画展示 帮助设计者进行及 时的校验修改和分析便于液压集成块的结构 优化调整 图2 至图5 是集成块虚拟设计时 软件系统提 供的多视图多功能的动态帮助图2 为液压集成 块的整体结构 图3 为液压集成块部分选取结构 图 4 为液压集成块剖视结构图 5 为液压集成块 部分反转结构图6 为液压集成块颊结构设计它 们是同一集成块的不同表示方法 这些三维模型 可以进行各角度的动画展示 帮助设计者从更直 观形象的角度分析液压集成块的结构 本例充分 体现了液压集成块虚拟设计优势 极大地减少了 设计者的劳动强度 把设计者彻底地从繁重的设 计劳动中解放出来 为了帮助本刊改进质量 请告诉我们您对这篇文章的看法您只需 要在读者服务卡上圈出相应的号码 我认为这篇文章有用请圈 8 4 无用请圈 85 我希望在以后各期看到更多这类内容或与之有关的文章 请圈 86 图2 液压集成块的整体结构
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