液壓傳動方案計算機輔助選優(yōu)技術研究與開發(fā)

摘 要：隨著液壓傳動系統(tǒng)的廣泛應用，在現(xiàn)代機械設備實現(xiàn)傳動中，液壓傳動系統(tǒng)作為重要的技術手段。本文液壓傳動系統(tǒng)的特征和典型液壓回路的特征進行了描述，通過引入案例推理技術方法，實現(xiàn)對液壓傳動系統(tǒng)的方案進行優(yōu)選，并且結合計算機輔助技術對大量的資料進行分析和檢索，按照技術要求進行計算和優(yōu)化，在液壓傳動方案計算機輔助優(yōu)選技術的研究中起到一定的輔助作用。

關鍵詞：液壓傳動；計算機輔助；匹配算法；案例檢索；CAD軟件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.105

1 引言

液壓傳動系統(tǒng)在許多機械領域都得到了廣泛的應用，成為機械系統(tǒng)設計的主要方面，一個優(yōu)秀的液壓傳動系統(tǒng)方案的設計要求具備良好的理論知識基礎，并且要有豐富實踐經(jīng)驗。隨著計算機技術的發(fā)展，在企業(yè)中工程設計的軟件應用非常廣泛，液壓CAD計算機技術在液壓傳動系統(tǒng)設計研究中的應用，以及人們利用計算機輔助技術結合人們的初步?jīng)Q策想法，利用計算機技術對大量的資料進行檢索，進行計算從而完成液壓傳動系統(tǒng)方案的設計和研究。

在系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)中主要介紹液壓傳動方案計算機輔助優(yōu)選系統(tǒng)的關鍵技術，對液壓傳動方案計算機輔助優(yōu)選系統(tǒng)實現(xiàn)的基本原理進行了介紹，在液壓傳動方案的基礎上對液壓系統(tǒng)和典型液壓回路案例庫進行開發(fā)。最后使用AUTOCAD軟件對液壓系統(tǒng)原理圖進行繪制的。

2 液壓傳動系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 液壓傳動方案的設計

在液壓傳動系統(tǒng)方案設計中，我們首先要知道主機對液壓傳動系統(tǒng)的性能、調(diào)速范圍、負載條件、工作環(huán)境的溫度濕度和工作周期等多方面的需求，在對液壓傳動系統(tǒng)方案進行設計時候，我們還要考慮到系統(tǒng)結構簡單、工作運行可靠安全和對系統(tǒng)使用維護方便等需求方面。在一套完整的液壓傳動系統(tǒng)的方案設計中，所有的環(huán)節(jié)都是相互關聯(lián)的。 液壓傳動系統(tǒng)方案的設計，液壓系統(tǒng)原理圖繪制是方案進行優(yōu)選的表現(xiàn)形式，系統(tǒng)設計過程都是結合研究人員的工作經(jīng)驗完成的，所以研究人員專業(yè)知識掌握能力和實際的工作經(jīng)驗在很大程度上決定液壓傳動方案設計的好壞，在液壓傳動系統(tǒng)的設計中要把專家設計人員的專業(yè)知識和能力充分的發(fā)揮出來。液壓系統(tǒng)的組成，液壓傳動系統(tǒng)的結構設計一般包括能源裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件。能源裝置中最常見的就是液壓泵，液壓泵負責給系統(tǒng)提供壓力油的，能源裝置的工作原理主要是把機械能量轉(zhuǎn)化為流體的壓力能。執(zhí)行元件裝置包括液壓缸和液壓馬達，液壓缸是做直線運動，液壓馬達是做旋轉(zhuǎn)運動的，執(zhí)行元件的工作原理是把流體的壓力轉(zhuǎn)換成機械能量然后進行輸出?？刂圃b置常見的有溢流閥和相應的控制回路等，控制元件的工作原理是控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的流體的壓力、流體的流量以及流體的流動方向，并且完成對信號的轉(zhuǎn)換和放大等控制功能。輔助元件裝置有油箱和過濾器等設備，輔助元件的工作原理主要是為系統(tǒng)的正常工作運行提供輔助幫助的，為能源裝置、執(zhí)行元件和控制元件提供輔助服務。典型液壓回路設計特點，典型的液壓回路是液壓傳動系統(tǒng)的基本組成，液壓回路是實現(xiàn)特定功能的液壓元件，液壓傳動系統(tǒng)方案設計中液壓回路的設計包括壓力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多個執(zhí)行元件控制回路。壓力控制回路設計是實現(xiàn)控制整個系統(tǒng)回路或者系統(tǒng)局部回路的工作壓力，從而實現(xiàn)調(diào)壓、減壓和保壓的目的。速度控制回路設計主要是對系統(tǒng)中執(zhí)行元件的速度進行控制的。方向控制回路的設計主要是控制執(zhí)行元件運動方向，并且可以實現(xiàn)對執(zhí)行元件的運行方向進行鎖定。多個執(zhí)行元件控制回路設計是控制多個執(zhí)行元件相互之間的工作循環(huán)。合理的典型液壓基本回路定義模型的建立是液壓傳動方案實現(xiàn)液壓基本回路的優(yōu)選方案，在液壓傳動系統(tǒng)方案的整個設計方案中，合理的典型液壓基本回路定義模型可以幫助設計人員完成液壓回路的優(yōu)化選擇。

2.2 系統(tǒng)方案優(yōu)選的原理

從液壓傳動方案優(yōu)化選擇設計的角度出發(fā)，目前基于規(guī)則推理和CBR都是比較典型的優(yōu)化算法，其中基于規(guī)則推理是基于研究專家的專業(yè)知識和和實踐經(jīng)驗的推理，把專家的專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗進行抽象化的一種規(guī)則推理方式，但是在知識的獲取和系統(tǒng)的維護等方面存在困難。典型的優(yōu)化算法的選擇主要是考慮對結果的檢索以及對信息的檢索速度，CBR可以解決傳統(tǒng)的基于規(guī)則推理在知識獲取和系統(tǒng)維護等方面存在的問題。CBR是把原有的工程案例作為知識源，在對液壓傳動方案計算機輔助優(yōu)選時可以借助CBR推理技術進行實現(xiàn)，CBR推理根據(jù)液壓傳動方案的基本設計形式，以原有的液壓傳動方案和典型液壓回路為依據(jù)，通過案例推理技術，實現(xiàn)對液壓傳動方案計算機輔助優(yōu)選方案的設計。對優(yōu)選的原理和實現(xiàn)方式我們可以從液壓傳動方案優(yōu)化和典型液壓回路推薦進行研究。液壓傳動方案優(yōu)化過程中，提取出來相關的特征形式和優(yōu)化要求的案例，并且把案例按照一定的形式組織起來，然后專家可以把提取出來的案例和以往的案例庫中的案例進行檢索匹配。

系統(tǒng)中的各個模塊功能都是有相應算法完成的，這樣減少了對專家知識的需求，對優(yōu)化方案可以準確的確定，保證液壓傳動優(yōu)化方案的設計。液化傳動方案優(yōu)化實現(xiàn)的原理如圖1所示。

案例庫開發(fā)模塊設計，案例庫包括任務設計部分和結果設計部分，其中任務設計是液壓傳動方案設計的目的，包括執(zhí)行元件運動形式等特性和液壓傳動系統(tǒng)的的基本要求等信息。結果設計是液壓傳動方案設計的案例信息，包括液壓傳動系統(tǒng)的類型和補充說明等。在液壓傳動系統(tǒng)中實現(xiàn)案例的表示，首先對液壓系統(tǒng)特征進行抽象分析，然后研究在計算機中知識的表示和處理過程。

特征提取模塊設計，特征提取就是根據(jù)系統(tǒng)方案設計任務中的內(nèi)容，對液壓傳動系統(tǒng)方案設計的要求進行總結概括，并且把總結概括的內(nèi)容作為液壓傳動方案設計的依據(jù)對液壓傳動方案進行優(yōu)化。執(zhí)行元件特性分析和系統(tǒng)要求分析是提取液壓傳動方案的設計任務中的兩個部分，執(zhí)行元件特性分析包括執(zhí)行元件運動方式和運行形式，系統(tǒng)要求分析包括對液壓系統(tǒng)工作狀況要求的分析和執(zhí)行元件工作要求的分析。

案例匹配和檢索模塊設計，傳動方案的基本要求在一定程度上的相近是液壓傳動方案的相似性，液壓傳動方案存儲著大量的信息，對傳動方案案例進行檢索我們采用分階段的形式。第一階段我們采用關鍵字屬性對案例庫進行檢索，從宏觀上保證案例庫相應資源的提取，然后采用鄰近檢索方法，從提取出來的相應資源中把與設計要求最相近的案例選擇出來，保證液壓傳動方案設計的可重復使用性。

典型液壓回路案例庫開發(fā)，以液壓基本回路特征為依據(jù)，把基本回路數(shù)據(jù)表及其作用特點數(shù)據(jù)表進行相關聯(lián)的管理，用于實現(xiàn)液壓基本回路的推薦，根據(jù)各個液壓基本回路作用特點出現(xiàn)的概率，對出現(xiàn)回路類型進行判定。

2.3 液壓傳動方案圖形繪制

液壓傳動方案圖形繪制有兩種方式，一是通過CAD機械繪圖軟件進行實現(xiàn)，二是通過專業(yè)的建模和仿真分析系統(tǒng)中的原理圖設計模塊和VISIO軟件實現(xiàn)。液壓CAD軟件最基本的功能是完成液壓系統(tǒng)原理圖的繪制，在計算機輔助液壓系統(tǒng)開發(fā)前，人們對液壓傳動方案圖形的繪制都是通過人工手動在圖紙上進行完成的，隨著計算機技術的發(fā)展，開始使用計算機來完成液壓系統(tǒng)的開發(fā)和設計工作。液壓傳動系統(tǒng)和系統(tǒng)內(nèi)的各個模塊以液壓氣動元件為標準開發(fā)了元件庫，研究設計人員按照元件庫標準進行液壓傳動原理圖的繪制。

3 系統(tǒng)開發(fā)與功能實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)需求和功能分析

在系統(tǒng)開發(fā)和功能實現(xiàn)中對系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)功能模塊能和系統(tǒng)的框架結構進行了設計，建立了液壓傳動系統(tǒng)方案的數(shù)據(jù)庫實體模型，對軟件流程進行了設計，構建了液壓傳動方案原理圖繪制的接口，系統(tǒng)開發(fā)平臺主要有VB、Access和AutoCAD等.實現(xiàn)液壓傳動系統(tǒng)方案優(yōu)選，需要有液壓系統(tǒng)設計輔助工具系統(tǒng)，設計人員要充分利用行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的設計案例和經(jīng)驗，來完成系統(tǒng)設計方案選擇，系統(tǒng)設計需求要滿足液壓系統(tǒng)設計周期縮短，減少設計人員的工作強度，提高系統(tǒng)優(yōu)化設計方案制作效率等。系統(tǒng)滿足的功能，輔助決策和咨詢功能、數(shù)據(jù)庫維護功能和學習功能。輔助決策和咨詢功能是系統(tǒng)輔助用戶進行系統(tǒng)方案決策的設計，在液壓系統(tǒng)設計過程中如果用戶有問題，系統(tǒng)可以幫助用戶進行問題的解答。數(shù)據(jù)庫維護功能是用戶可以完成對開發(fā)的案例庫進行基本操作，包括添加、修改和刪除。

3.2 系統(tǒng)架構及實現(xiàn)流程

液壓系統(tǒng)架構設計中，液壓傳動系統(tǒng)方案的定義模型的建立是實現(xiàn)液壓傳動方案計算機輔助選優(yōu)系統(tǒng)的關鍵問題，保證液壓傳動系統(tǒng)方案在整個過程中可以有效的傳遞液壓系統(tǒng)的特征信息，各個階段對傳動方案的設計要求進行反饋。液壓傳動系統(tǒng)方案的定義模型是對液壓傳動系統(tǒng)的各個階段的信息進行集成化的一個模型。液壓傳動系統(tǒng)的總體信息包括主機對液壓傳動系統(tǒng)的運動方式、運行穩(wěn)定性等系統(tǒng)性能和工作環(huán)境等方面的要求，液壓傳動系統(tǒng)的的設計組成形式可以劃分為動力元件+執(zhí)行元件+控制回路+輔助元件的組織形式，液壓傳動系統(tǒng)的基本特征是元件的具體形式和控制回路的特點。

系統(tǒng)基本架構如圖2所示，在系統(tǒng)架構圖中，技術要求獲取及知識表示模塊是根據(jù)用戶獲取到的技術要求信息，信息按照一定的表示方法對一個案例進行表述，并存放于動態(tài)數(shù)據(jù)庫中，案例的屬性就是技術要求的信息。案例庫管理模塊中的案例庫是由以前專家設計過的歷史案例構成的，每個案例都包含技術要求的描述，新案例被錄入案例庫的時候，要建立新案例的特征索引，案例庫管理模塊的功能是為用戶提供案例庫管理和維護功能的。診斷推理機制模塊是整個系統(tǒng)的核心，從動態(tài)數(shù)據(jù)庫中找出相似的案例進行匹配操作，如果完全相同那么就調(diào)出歷史案例，歷史案例的解決方案作為當前的解決方案。學習模塊中經(jīng)過推理機得出的方案被實踐驗證是正確的，并且在案例庫中相似值低，那么就會被自動加入到案例庫中。人機界面是面向用戶的，為用戶提供使用和維護的界面。幫助模塊是為液壓傳動方案優(yōu)選系統(tǒng)功能提供幫助的。

系統(tǒng)工作流程如下，把系統(tǒng)選優(yōu)要求以特征的形式進行提取，與案例庫中的案例進行匹配檢索，這樣可以完成基本液壓傳動方案的選取，我們也可以更改匹配檢索的結果，對案例庫中的案例進行修正。如果系統(tǒng)提示案例庫案例不足，那么系統(tǒng)會自動啟動學習模塊進行案例維護。系統(tǒng)中各個模塊功能都是由算法進行完成的，并且從已經(jīng)開發(fā)的傳動方案案例庫學習解決問題的方法，減少了對專家領域知識的需求，對優(yōu)選方案可以準確的確定，從而保證液壓傳動方案設計的順利進行。

4 總結

在機械系統(tǒng)設計方面，液壓傳動系統(tǒng)的設計是主要的研究領域。液壓傳動系統(tǒng)的設計改變了傳統(tǒng)設計方法周期長效率低的缺點，液壓傳動系統(tǒng)設計方案是具有實際意義的一個課題。

基于計算機輔助的液壓傳動方案優(yōu)選技術研究與開發(fā)具有一定的研究意義。

參考文獻：

[1]李麗杰.液壓傳動技術在機械驅(qū)動中應用的探討[J].黑龍江科技信息，2013（25）.

[2]丁賢林，吳百海，龍建軍，邢志鵬，黃志堅.案例推理在大型軋鋼活套液壓系統(tǒng)故障診斷中的應用[J].機床與液壓，2003（05）.

[3]王軍，陳錦江.基于實例與規(guī)則推理的面向液壓缸產(chǎn)品族的智能設計系統(tǒng)研究[J].機床與液壓，2006（12）.

作者簡介：舒希勇（1977-），男，山東聊城人，碩士，講師，研究方向：機械制造與控制。