（机械电子工程专业论文）液压集成块人机结合智能虚拟设计方法与应用研究.pdf

人迕理i ：人学博十学位论文 摘要 液压集成块是集成式液压系统的关键零件，应用广泛。随着液压系统复杂程度的提 高，集成块设计难度随之增加。因此将新技术与方法引入到集成块设计中必然成为未来 的发展方向。纵观国内外研究现状，集成块设计目前大多致力于应用各种智能优化方法 进行全自动设计，由于缺乏有效的人工干预，优化过程没有充分考虑设计规则和习惯， 存在优化时问长，设计人员还需对优化结果进行调改以满足工程实际需要等问题；其次， 集成块设计环境可视化程度还不是很高，仅仅作为设计结果的展示手段，设计人员只能 从外部对集成块进行三维浏览，无法深入到集成块内部清晰地探查孔道相交情况，半封 闭的设计环境限制了设计人员的创造思维。液压集成块设计是人的创造力与环境条件交 互作用的物化过程，是一种智能行为。目前的集成块设计没有提供有利的工具使设计人 员真j 下融入集成块设计中，设计过程仍是一个困难地、非直观的、耗时间的过程。 本文紧密结合实际，从工程优化角度出发，旨在通过对虚拟设计技术、计算智能算 法、人机结合方法及人工智能的深入研究，针对集成块设计问题，探索一种人机结合智 能虚拟设计方法与实现策略，创立丌放式智能型虚拟设计模式和环境，构建集成块人机 结合智能虚拟设计系统框架，高质量地完成集成块整个设计流程。主要研究内容包括： 第一，全面总结集成块设计问题特点与设计流程，明确提出集成块设计的核心问题 是外部布局和内部布孔集成方案的优化设计，可以归结为一种复杂的立体空间布局问 题。深入分析当今研究热点的各种布局问题求解策略，以工程优化为目标，提出了一种 液压集成块人机结合的智能虚拟设计方法：在集成块虚拟设计环境中，以基于计算智能 的集成块优化计算为内核，采用基于设计实例与设计规则的人工智能施加设计引导，借 助自然直观的人机交互方式，设计人员在优化进程中与真实感显示的设计对象实时交互 与探查，实现算法驾驭；充分发挥各自特长，实现设计人员智能与计算机智能在虚拟设 计环境中的完美和谐的统一。详细阐述方法可行性、构造h 发点、设计流程及其实现关 键技术，给出系统构架，舰划了集成块优化设计| 、u j 题的总体解决方案。人机结合智能虚 拟设计方法为集成块设计提供崭新的研究思路，对解决其它复杂空i 日j 布局问题也具有借 鉴意义。 第二，虚拟设计环境是人机结合智能虚拟设计方法实施的平台和支撑，虚拟建模是 构建一个虚拟设计系统的基础。针对集成块虚拟设计，提出一种多分辨率智能参数化层 次特征虚拟建模方法：基于集成块参数化的基本体素特征，以c s g 树记录构型历史， 提出改进的b r e p 半边结构进行模型几何特征表述，采用多分辨率控制下的三角剖分算 法生成面片网络模型，几何引擎设计实现了c a d 模型与虚拟显示模型的无缝集成；对 液压集成块人机结合钮能虚拟设计方法与应川研究 集成块设计全生命周期的特征进行层次化封装，依据设计知识与设计规则，基于智能体 技术赋予模型智能特征，最终实现集成块多分辨率智能参数化层次特征虚拟模型，有效 实现了集成块交互式特征参数化设计与设计对象的动态、实时、真实感显示。 第三，集成块虚拟设计场景的建立与自然、直观的人机交互手段的实现是人机结合 的集成块优化设计得以实施的保证。创立一种适合集成块结构特点和设计需求的虚拟设 计环境构成方案，建立丌放式的集成块虚拟设计环境层次模型，实现集成块的三维立体 图形实时动态显示，精确展现集成块布局和孔道网络结构形状，实时进行集成块上布局 和集成块内布孔的碰撞检测，借助孔道网络内部桁架结构虚拟漫游，在拟实的集成块虚 拟设计环境中进行自然直观的人机交互设计，使虚拟设计场景不仅仅是设计结果的展示 手段，更有效融入集成块设计流程并成为集成块设计的有机组成部分。 第四，深入分析集成块优化设计问题，建立集成块优化数学模型，规划集成块优化 设计中各个典型环节，讨论其相互支撑关系与实现方法。在对基于小生境遗传退火算法 f n g s a ) 的优化设计、基于人智的集成块虚拟设计与基于功能块的集成块智能设计三种 设计模式分析的基础上，给出了虚拟环境下人机结合的集成块智能优化设计实现方式： 在集成块虚拟设计环境中，以工程数据库为支撑，以人机结合的n g s a 算法为内核，借 助布局布孔智能体的引导，采用基于功能块的虚拟分层设计降低设计难度，实现了自动 设计、半自动设计与人工设计三种设计模式的结合，以及计算智能与设计人员智能在真 实感虚拟设计环境中的融合，使“人 “机”在多级层面有机结合并具有可操作性。集 成块设计算例验证了方法有效性。 第五，在上述研究基础上，应用v i s u a lc + + 和o p e n g l 工具包，从底层开发集成块 智能虚拟设计软件原型系统。详细讨论了系统总体架构、数据结构设计、交互界面设计 及系统数据库设计。最后针对典型液压集成系统工程实例进行了完整设计，设计结果令 人满意，较充分的验证了系统实用性及本文方法的可行性与有效性。 关键词：液压集成块；布局布孔设计；虚拟设计；智能优化算法；人机结合 人迮理f ：人学博十学位论文 s t u d yo nm e t h o da n da p p l i c a t i o no f h u m a n c o m p u t e rc o o p e r a t i v ei n t e l l i g e n tv i r t u a ld e s i g n f o rh y d r a u l i cm a n i f o l db l o c k a b s tr a c t a st h ek e yc o m p o n e n to fi n t e g r a t e dh y d r a u l i cs y s t e m ，h y d r a u l i cm a n i f o l db l o c k ( h m b ) i sw i d e l yu s e d w i t ht h em o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e dh y d r a u l i cs y s t e m s ，t h ed e s i g no fh m b b e c o m e sm o r ea n dm o r ed i f f i c u l t t h e r e f o r e ，i n t r o d u c i n gn e wm e t h o d sa n dt e c h n o l o g i e si n t o t h ef i e l do fh m bd e s i g nb e c o m e sat r e n di nt h ef u t u r e r e c e n t l y ，r e s e a r c h e r sf r o mh o m ea n d a b r o a df o c u so na p p l y i n gd i f f e r e n tk i n d so fi n t e l l i g e n to p t i m i z a t i o nm e t h o d st of u l f i l l c o m p l e t e l ya u t o m a t i ch m bd e s i g n h o w e v e r ，d e s i g n e r sc a n ti n t e r v e n eo rc o n t r o lt h ed e s i g n p r o c e s si nt h i sa u t o m a t i cm e t h o d s oi to f t e nr e s u l t si nl o n gd e s i g np e r i o da n ds o m e t i m e s t h e d e s i g nr e s u l t sn e e dm o d i f i c a t i o nt om e e tt h ea c t u a le n g i n e e r i n gr e q u i r e m e n t s i na d d i t i o n ，t h e h m bd e s i g ne n v i r o n m e n t sa r eu s u a l l y2 do rs i m p l e3 dn o w a d a y s i nt h e s ee n v i r o n m e n t s ， d e s i g n e r sc a no n l yb r o w s et h eh m bf r o mo u t s i d ea n dc a n ts t e pi n t oi tt oo b s e r v et h ei n n e r h o l e si n t e r s e c t i o nc l e a r l y ，t ol o c a t et h ee x a c ti n f e r e n c ep o s i t i o n ，o rt of i n do u tt h ep o s s i b l e m o v a b l es p a c e t h e s ee n v i r o n m e n t sa r er e l a t i v e l yp o o ra ti n t e r a c t i o na n dv i s u a l i z a t i o n a l s o ， t h e s eh a l f - c l o s ed e s i g ne n v i r o n m e n t sr e s t r i c td e s i g n e r s c r e a t i v ei d e a t i o n h m bd e s i g ni sa p r o c e s so fi n t e r a c t i o nb e t w e e nh u m a n sc r e a t i v i t ya n de n v i r o n m e n t sa n di s ak i n do f i n t e l l i g e n ta c t i o n c u r r e n th m bd e s i g nd o e sn o to f f e rc o n v e n i e n tt o o l st op e r m i td e s i g n e r s j o i n t h ed e s i g np r o c e s s t h eh m bd e s i g ni ss t i l lad i f f i c u l t ，n o n i n t u i t i o n i s t i c ，a n d t i m e - c o n s u m i n gp r o c e s s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，f a c i n gc o m p l e xl a y o u tp r o b l e m sa n da i m i n ga te f f e c t i v eh m b d e s i g n ， an e wh u m a n - c o m p u t e rc o o p e r a t i v ei n t e l l i g e n tv i r t u a ld e s i g nm e t h o d ( h c c i v d ) i sp r o p o s e d b a s e do nt h o r o u g hs t u d yo nv i r t u a ld e s i g nt e c h n o l o g y ，c o m p u t a t i o n a li n t e l l i g e n ta l g o r i t h m s ， h u m a n c o m p u t e rc o o p e r a t i o na n da r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e m o r e o v e r ，t h ei m p l e m e n ts t r a t e g yo f t h em e t h o di sd i s c u s s e da n da no p e ni n t e l l i g e n tv i r t u a ld e s i g np a t t e r na n de n v i r o n m e n ti s d e v e l o p e d i nt h i ss y s t e m ，t h ew h o l ed e s i g np r o c e s so fh m bc a nb ef u l f i l l e dw i t hh i g h e f f i c i e n c y t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： o nt h eb a s i so fs u m m a r i z i n gt h ef e a t u r e sa n dd e s i g np r o c e s so fh m b ，i ti sp u tf o r w a r d t h a tt h ec o r eo fh m bd e s i g ni sap r o b l e mo fo p t i m i z a t i o no fo u t e rs p a t i a ll a y o u ts c h e m ea n d i n n e r h o l e sc o n n e c t i o ns c h e m e i tc a nb eb o i l e dd o w nt oac o m p l e x3 ds p a t i a ll a y o u tp r o b l e m t h r o u g ha n a l y s i so nd i f f e r e n tk i n d so fc u r r e n t l yh o tr e s e a r c hs t r a t e g i e si nl a y o u tp r o b l e m s ，a h c c i v dm e t h o dc o m b i n i n gv i r t u a ld e s i g nt e c h n o l o g y ，c o m p u t a t i o n a li n t e l l i g e n ta l g o r i t h m s ， 一i i i 液压集成块人机结合智能虚拟设计方法与戍川研究 h u m a n c o m p u t e rc o o p e r a t i o na n da r t i f i c i a li n t e l l i g e n c et e c h n o l o g yi sp r o p o s e d t a k i n gt h e v i r t u a ld e s i g ne n v i r o n m e n ta ss h e l l ，t h ei n t e l l i g e n ta l g o r i t h ma sc o r e ，t h ea r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e a sg u i d a n c e ，t h ee n g i n e e r i n gd a t a b a s ea ss u p p o r t ，t h em e t h o dt a k ef u l la d v a n t a g eo fh u m a n s h i g h l e v e ld e c i s i o n - m a k i n ga b i l i t ya n dc o m p u t e r sr a p i dr e s p o n s ea n dc a l c u l a t i o np o w e rt o r e a l i z et h e p e r f e c th a r m o n i o u su n i f i c a t i o n o fi n t e l l i g e n c ea m o n gd e s i g n e r s ，e x p e r t sa n d c o m p u t e r s t h em e t h o d sf e a s i b i l i t y ，s y n c r e t i z i n gm e c h a n i s m ，d e s i g np r o c e s sa n di m p l e m e n t k e yt e c h n o l o g i e sa r ed i s c u s s e di nd e t a i la n dt h ef r a m es t r u c t u r ei sg i v e n h c c i v dm e t h o d o f f e r sn o to n l yab r a n dn e wa p p r o a c ht oh m bd e s i g np r o b l e m ，b u ta l s oar e f e r e n c et o c o m p l e xs p e c i a ll a y o u tp r o b l e m s v i r t u a ld e s i g ne n v i r o n m e n ti st h ep l a t f o r mo fh c c i v dm e t h o dw h i l ev i r t u a lm o d e l i n gi s t h eb a s i sa n dk e yi nb u i l d i n gav i r t u a ld e s i g ns y s t e m f o rh m bd e s i g np r o b l e m ，an e w i n t e l l i g e n t m u l t i r e s o l u t i o nf e a t u r e dp a r a m e t e r i z e dv i r t u a lm o d e l i n gm e t h o di s b r o u g h t f o r w a r d t a k i n gf e a t u r e dp a r a m e t e r i z e dm o d e l i n ga sk e r n e l ，u s i n gb o u n d a r yr e p r e s e n t a t i o n 3 ds o l i dm o d e l ，i n t r o d u c i n ga g e n t b a s e di n t e l l i g e n tb e h a v i o rm o d e l i n g ，e n c a p s u l a t i n gl e v e l e d d e s i g nl i f e c y c l ef e a t u r e s ，av i r t u a lm o d e l i n gm e t h o ds u i t a b l ef o rh m bd e s i g ni sd e v e l o p e d t h ec r e a t i n go fv i r t u a ld e s i g ns c e n ei st h eb a s i so fav i r t u a ld e s i g ns y s t e mw h i l en a t u r a l i n t u i t i o n i s t i ch u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o nm a n n e ri so n eo ft h ef e a t u r e so fav i r t u a ld e s i g n s y s t e m b a s e do nt h em o d e l i n gm e t h o d d i s c u s s e da b o v e ，av i r t u a ld e s i g n p a t t e r na n d e n v i r o n m e n tc o m p o s i n gs c h e m ei sp r o v i d e d r e a l - 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c o m p u t e rc o o p e r a t i v e n g s a ，g u i d i n gw i t hl a y o u ta n dc o n n e c t i o na g e n t s ，t a k i n ga d v a n t a g eo ff o r m e rd e s i g nr e s u l t s a n de x p e r t s 7 k n o w l e d g ea n de x p e r i e n c ew i t hv i r t u a ll a y e r e df u n c t i o nb l o c k s ，t h i sm e t h o d r e a l i z e st h ec o m b i n a t i o no ft h r e ed e s i g np a t t e r n s ( a u t o m a t i c ，s e m i a u t o m a t i ca n dm a n u a l ) a n d t h r e ek i n d so fi n t e l l i g e n c e s ( c o m p u t e ri n t e l l i g e n c e ，e x p e r t si n t e l l i g e n c ea n dd e s i g n e r s i n t e l l i g e n c e ) t h em e t h o di sa no p e r a t i v em u l t i - l e v e li n t e g r a t i o no fh u m a na n dc o m p u t e r s i n t e l l i g e n c e ah m bd e s i g ne x a m p l ev e r i f i e st h ev a l i d i t yo ft h em e t h o d b a s e do nt h er e s e a r c h e sm e n t i o n e da b o v e ，a ni n t e l l i g e n tv i r t u a ld e s i g ns o f t w a r ep a c k a g e i sd e v e l o p e du s i n gv i s u a lc + + a n do p e n g lt o o l k i t t h es y s t e mf r a m es t r u c t u r ed e s i g n d a t a s t r u c t u r ed e s i g n ，i n t e r f a c ed e s i g na n dd a t a b a s ed e s i g na r ed i s c u s s e di nd e t a i l i nt h ee n d ，a t y p i c a li n t e g r a t e dh y d r a u l i cs y s t e mi sd e s i g n e db yu s i n gt h i ss o f t w a r ea n dt h es a t i s f y i n g r e s u l t sh a v et e s t i f i e dt h ep r a c t i c a b i l i t yo ft h i ss o f t w a r ea sw e l l a st h ef e a s i b i l i t ya n d e f f e c t i v e n e s so ft h em e t h o dp r o p o s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n k e yw o r d s ：h y d r a u l i cm a n i f o l db l o c k ；l a y o u ta n dc o n n e x i o nd e s i g n ；v i r t u a ld e s i g n ； i n t e l l i g e n to p t i m i z a t i o na l g o r i t h m ；h u m a n - c o m p u t e rc o o p e r a t i o n v 一 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：速压篡盛迭厶扭结佥蟹能虐挞遮进左法复廑题盟窥 储样：萼耻 嗍：丑年土月旦日 液压集成块人机结合智能虚拟设计方法与戍川研究 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 、 结合智能虚拟设计方法与应 日期：三12 年羔月鱼日 日期：型2 年土月卫日 大连理_ 大学博士学位论文 1 绪论 1 1 液压集成块设计问题及其研究现状综述 111 液压集成块设计问题 ( 1 ) 液压集成块的工程背景 液压传动与控制技术在机械、航空、航天、船舶、冶金、锻压及轻工等国民经济各 个领域广泛应用，推动着液压技术的发展，也使液压系统的设计与制造复杂性越来越高。 液压系统采用液压元件集成配置( 见图1 1 ) ，可以降低系统的复杂性，简化液压系统 的安装，减少系统的能量损失，使系统结构更加紧凑，调试更加方便，同时也有利于降 低制造成本，以较小的体积实现复杂的功能，增加现场添加和更改回路的柔性，利于实 现典型液压系统的集成化和标准化，因此应用日益广泛【1 4 】。 甑蕊煞 图1 i 集成式藏压系统图1 2 液压集成块图1 3 集成块孔道网络 f i g 1l i n t e g r a t e d h y d r a u l i cs y s t e mf i g i 2 h y d r a u l i c m a n i f o l d b l o c kf i g1 3 n e t w o r k i n h m b 液压集成块( h y d r a u l i cm a n i f o l db l o c k s - - h m b ，见图l2 ) 是集成式液压系统的核 心单元。液压集成块作为各类板式阀、插装阀及其它附件的承装载体，因液压系统组成 的非标准性和所承装阀体及其相互连通关系的多样性所致，其外部是各种不规则液压元 件，如液压阀、管接头、压力表等，在各面上的紧凑布局；其内部是安装孔、通油孔、 工艺孔等几十甚至上百个纵横交错的孔道构成的密集、复杂的空问孔道网络( 见图l 3 ) ， 并与元件的孔遒相连通，按照液压系统原理图组成液压集成回路实现系统控制要求。 液压集成块既是液压件的承装载体，又是它们油路连通的通道体，其设计直接关系 到液压系统的具体实现，是集成式液压系统设计中重要的核心问题之一。 ( 2 ) 液压集成块设计流程 液压集成块人机结合智能虚拟设计方法与应用研究 液压集成块设计任务是根据液压系统原理图，在已知液压系统组成元件及其相互之 间连通关系的条件下，实现液压元件在集成块上的安装布局设计和基于连通关系的集成 块内部布孔设计。集成块整个设计流程可分为外部布局设计和内部布孔设计两个阶段【4 】： 外部布局设计( l a y o u t ) 外部布局设计是确定阀块体的总体尺寸、液压阀的安装面安装位置安装角度、公 共油h 管接口腔制油口以及其它特殊油口的设计过程。外部布局设计要求： _ 结构紧凑，体积尽可能小； 承装元件外形没有干涉且要有足够的安装调试空间； 布局为连通关系设计创造有利条件； 一满足用户对元件布局的特殊要求。 内部连通设计( c o n n e c t i o n ) 集成块的内部连通设计是指按照系统原理图的要求，在外部布局设计的基础上，确 定连通孔道的深度，以及必要时设置的工艺孔的位置和深度。内部连通设计要求： 保证百分之百实现原理图连通关系； 工艺孔数目尽量少，连通路径长度尽量短； 相通孔道保证一定通流面积，不相通的孔道之间要满足一定壁厚要求； 满足某些阀的动态特性要求。 布局与布孔的关系 集成块的布局和布孔是相辅相成而又相互制约的，设计中两项工作交叉进行，应两 者兼顾。布局方案为孔道连通创造初始条件，是布孔设计的起点：如果布局合理，则孔 道连通方便，工艺孔数目少；同时连通设计也对布局方案给出量化评价，为布局方案调 改提供依据。集成块设计的目标函数应是对布局结果和布孔结果的综合评价。 ( 3 ) 液压集成块设计特点 基于上述液压集成块设计流程分析，液压集成块设计具有以下特点： 多目标设计 集成块设计需要同时实现多个目标，如集成块体积最小、连通孔网长度最短、工艺 孔数最少等结构优化目标，还需满足孔网动态性能品质指标，并要考虑安装、操作和维 护的方便性要求等，是多目标优化问题。 多约束条件设计 总结集成块设计经验和准则，集成块设计要综合考虑多种约束条件：比如设计中需 考虑阀元件相互之间外形干涉的空间尺寸约束；安装与操作习惯和方便性等安装约束； 连通孔道间通流截面与非连通孔道间安全壁厚等连通约束；孔径、孔深等加工约束；以 人连理1 ：人学博十学位论文 及孔网动态特性指标等性能约束。在满足这些约束条件下，要求系统能够协调、安全、 高可靠地工作。 多极值设计 集成块设计属于多峰优化问题，优化算法应给出多个备选优化方案，为后续的结构 优化基础上的性能优化创造条件。 复杂的布局与布孔设计 集成块的行局布孔问题比通常的三维前j 局问题更加复杂，主要表现在： 是外部元件布局与内部孑l 道布局集成布局问题； 一孔道布局需满足钮通率、布通品质及干涉等多重优化指标： 孔道之间相互关联，同一阀上的孔组需做整体移动，“牵一发而动全身”，常常顾 此失彼，难以两全，且布局方案调改后需要重新连通生成新的布孔方案； 集成块布局布孔方案的度量评价，要综合考虑佰局方案和布孔方案； _ 除考虑集成块几何结构优化外，有时需对其内部孔道网络流场的动态特性进行分析； 以满足系统动态性能指标。 综上所述，集成块设计问题是外部布局和内部布孔集成方案的优化设计问题，可以 归结为带性能约束的复杂空间布局问题，是多约束条件下、多个布局布孔集成方案的、 多目标、多极值优化设计问题。 1 1 2 集成块设计问题研究综述 ( 1 ) 国外研究现状 国际上从2 0 世纪7 0 年代初就丌始研究和探索利用计算机进行液压系统和元件的辅 助设计工作，8 0 年代和9 0 年代间涌现出大批研究成果，迄今开发出的各类液压c a d 软件已有数十种。 1 9 8 2 年，德国亚琛工业大学研制出用于设计液压控制阀块的程序包h y k o n l 5 j 。该 程序包由一组液压元件数据集和用于设计和布局的程序集组成，通过对话交互布置液压 元件，具有自动设计孔道、校核孔道、输出标准的阀块视图和任意剖视图等功能。 1 9 8 3 年，英刚巴斯大学借糁印刷电路板和集成| 乜路的发汁思想研制了v o l e 秤序 1 6 j ，可绘制液压阀等元件的立体模型图、复合剖面图和孔道实体图等，可校核阀块油路 连通情况。 1 9 8 7 年，芬兰坦佩雷理工大学借助a g p 三维图形软件丌发 j 用于捅装阀块没计的 k y b l o 软件刨刀，可做n 4 l 道设计与干涉校验同步进行，可以修改孔径、移动孔位， 还具有孔表信息输出、刀具选择和刀具轨迹定义及n c 代码生成等功能。 液乐集成块人机结合智能虚拟设计方法与应用研究 1 9 9 0 年，以色列理工学院研制的c a d s s4 x 1 3 】专用软件提供实体、线框、表面三种 模型来表达集成块和孔道，根据人工设计的孔道坐标表快捷地生成集成块各向视图，帮 助使用者设计出满意的原型。 9 0 年代初，法国g r e n o b l e 机械学院的c h a m b o n 和t o l l e n a e r e 将人工智能和c a d 技 术相结合来解决集成块的元件布局和孔道设计l 、u j 题【9 j 。指出液压集成块的设计问题是一 个空间部署问题( s p a c i n gp l a n n i n gp r o b l e m ) ，以满足液压元件安装的需要；又是一个路 线设计问题( r o u t i n gd e s i g np r o b l e m ) ，以设计最佳的孔道。为此将人工智能中的空j b j 部 署理论应用到集成块的设计中，丌发了一套基于产生式规则的智能设计系统。 2 0 0 1 年，新加坡南洋理工大学的f o ksc 掣旧j 采用特征技术进行液压系统的虚拟 原型设计，将液压元件的信息分为行为信息、结构信息和产品信息，并将其附属于液压 元件的虚拟原型，使设计者可以便捷、直观地进行液压系统和集成块设计。 与此同时，一些国际知名的液压公司如美国e a t o nc o r p in 、p a r k e rh a n n i f i nc o r p 【1 羽、v e s ti n c 【1 3 1 、m o o gl t d f 4 1 、加拿大a p o l l om a c h i n e r yl t d 1 1 5 】、意大利a t o s 公司1 1 6 1 、 德国b o s c h r e x r o t hc o r p ，1 1 7 】等，也广泛开展了液压集成块c a d c a m 技术的研究与应用。 其中在专用设计软件开发方面比较突出的有： v e s t 公司利用a u t o c a d 的a r x 开发环境丌发了液压集成块设计从原理图、集成 块、装配体的一整套解决方案 1 8 1 ：s d t o o l s ( s c h e m m i cd e s i g nt o o l s ) 和h y d r a w ( h y d r a u l i c c i r c u kd e s i g n ) 软件应用“快捷目录”技术方便准确地绘制液压原理图；a d t o o l s ( a s s e m b l yd e s i g nt o o l s ) 是一个2 d 装配绘图软件；在a u t o c a d 上开发的m d t o o l s ( m a n i f o l dd e s i g nt o o l s ) 软件基于嵌入式规则进行孔道连通和校核；a a t o o l s ( a u t o m a t e da s s e m b l yt o o l s ) 软件根据原理图和集成块设计信息动态生成3 d 装配图以 及2 dj 下交视图。 e a t o n 公司开发的v i c k e r sl i b r a r yo fs i c v ( s c r e wi nc a r t r i d g ev a l v e s ) 软件l j 是一 个包含一千多种元件的符号库，帮助专业工程师在a u t o c a d 上进行泵、马达、阀和集 成块的方案设计及零部件工秤图没汁，并把没汁数掘与加工指令n c 代码相连接，具有 c a d c a m 体化的特征。 ( 2 ) 国内研究现状 国内液压c a d 技术研发工作虽大约晚起步1 0 年，但迄今已有很大发展，2 0 年来 紧密跟踪国外先进技术，取得了一些很有特色的研究成果。 浙江大学流体传动与控制国家重点实验室在路甬祥、陈鹰教授的领导下，于1 9 8 9 年研制成功插装阀液压系统设计f p t c c a d s 系到2 0 】，建立了变参型数据图形库，具有 液压原理图、系统总装图、零件图、准三维模型和插装阀块等的自动生成功能。以 4 - 人近理i ：人学博十学位论文 a u t o c a d 为基础软件，利用l i s p 语言进行二次丌发，采用变参数技术建立集成块三维 构筑工具库以实现三维显示，并利用“知识基嵌入方法实现从立体图到工程零件图的 转化。随后，又采用特征对蒙化设计思想，提出对象化特征连接的概念，研究集成块的 三维参数化设计方法，丌发了液压集成块c a d 软件v b c a d ，并给出“两步校核”的 孔道干涉检查算法1 2 1j 。 上海交通大学钟廷修教授等自8 0 年代丌始研究插装阀c a d 软件1 2 引，编写了校核插 装阀孔道的程序；9 0 年代丌发i h 面向插装阀的c v c a d 软件i 弱1 ，具有三维c a d 的设计 坏境，能自动完成二通插装阀集成系统液压原理图及其对应的集成装置装配图、零件图 的绘制工作，并实现了c a d 和c a p p 问的非几何加工信息连接；1 9 9 7 年在a u t o c a d 上二次丌发出面向集成块的h m b c a d 软件并不断完掣2 4 l ，具有集成块体及孔道数据输 入与编辑、孔道校验、三维造型、自动绘制装配图、零件图、孔系表输出等多项功能， 已经在一些单位得到实际应用。2 0 0 1 年周惠友等【2 5 j 提出用人工智能中多智能体理论解 决专家系统问题求解方法单一的缺点；并提出应用虚拟设计技术进行液压集成块设计的 新趋势，将遗传算法引入液压阀布局设计和孔道