基于智能优化的液压集成块虚拟设计系统研究与开发.PDF

__________________________________________________________________________ * 基于智能优化的液压集成块虚拟设计系统研究与开发 1，2 2 2 2 冯毅 ，李利 ，高艳明 ，田树军 （1．大连理工大学电信学院，辽宁大连 116024； 2．大连理工大学机械学院，辽宁大连 116024 ） 摘要：液压集成块作为集成式液压系统的主要单元，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，一直是液压领域的设计难题。本文提出液压集成块设计的核心问题是其外 部布局和内部布孔集成方案的组合优化问题，将现代智能优化方法和虚拟设计技术相融合，是解决此类 复杂工程问题的有效途径。本文给出基于智能优化的液压集成块虚拟设计系统的解决方案，并论述了其 中的关键性技术问题。最后通过实例验证了该系统可以显著提高设计效率和设计质量。 关键词：液压集成块 虚拟设计 智能优化 人机交互 分类号：TP273 1. 引言 液压集成块（Hydraulic Manifold Blocks—HMB ）作为集成式液压系统的主要单元，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承装元件在各面上的紧 凑布局，其内部孔道则构成十分密集、复杂的孔系网络，导致采用常规的 CAD 方法设计起来既费时费 力而又极易出错。目前国内外研究的各种液压集成块 CAD 系统在原理图绘制、孔道校核、实体造型、 工程图输出等方面取得了很多成果。但是，如何产生最优的集成块外部布局和内部布孔集成方案这一核 心问题，却始终没有得到良好的解决。 针对此类复杂工程问题，将当今前沿的智能优化方法和虚拟设计技术相融合，构建一个基于智能优 化的虚拟设计系统是解决问题的有效途径：设计人员在具有高度真实感的虚拟环境中，以自然的方式与 计算机协同工作，采用智能优化方法进行布局布孔集成方案的自动优化设计，通过系统提供的人机交互 手段对自动优化算法和设计方案进行有针对性的调整，这样可以显著提高设计效率和设计质量[1~2] 。 2. 系统总体结构 HMBVD （HMB Virtual Design ）是基于智能优化方法和虚拟设计技术的液压集成块CAD 系统，它 的总体框架结构如图 1 所示。在 Windows 2000 系统平台上，基于开放式图形标准 OpenGL，以三维实体 造型模块和液压集成块层次特征模型为支撑，以 Visual C++为开发工具，采用面向对象程序设计方法构 建一个液压集成块虚拟设计环境。这个环境不仅具有虚拟环境参数设置功能和动态漫游模块以及碰撞检 测模块，而且提供具有高度真实感、沉浸感的立体图形显示和灵活方便的三维交互手段。在系统内部的 自动优化设计过程中，以来自原理图的连通要求和工程数据库中各类液压元件的特征信息为基础，采用 内嵌自动布孔算法的人机结合遗传算法等智能优化方法进行布局方案的自动调改，同时可以根据布局布 孔方案装配图的立体显示结果，借助于虚拟现实交互工具，对优化进程和方案个体进行有针对性的调整。 这样，以虚拟设计环境为体，以智能优化设计为用，充分发挥智能优化方法和虚拟设计技术各自的优点， 实现了人与计算机在设计过程中自然和谐的统一，最大程度地追求设计效率和设计质量的提高。 3. HMBVD 系统中的关键技术 3 ．1 虚拟建模技术 建模技术是构建虚拟设计系统的关键技术之一，动态虚拟环境下产品三维模型的创建及其实时动态 显示是虚拟设计技术的重要内容。在 HMBVD 系统中，采用参数化特征建模技术，将液压集成块的结构、 设计及制造等特征参数信息和虚拟设计所要求的三维图形信息有机集成，依据有效的组织形式实现冗余 信息的滤除以减少存储空间，并进行特征的层次化封装，建立液压集成块的层次特征全信息数字模型及 相应的模型信息库，实现液压集成块虚拟设计系统中各种信息的完整而准确地描述。其层次特征模型结 *本项目受辽宁省科学技术基金项目“基于虚拟设计技术的液压集成块 CAD 关键技术研究”（N0 20