液压传动方案计算机辅助选优技术研究与开发

摘 要：随着液压传动系统的广泛应用，在现代机械设备实现传动中，液压传动系统作为重要的技术手段。本文液压传动系统的特征和典型液压回路的特征进行了描述，通过引入案例推理技术方法，实现对液压传动系统的方案进行优选，并且结合计算机辅助技术对大量的资料进行分析和检索，按照技术要求进行计算和优化，在液压传动方案计算机辅助优选技术的研究中起到一定的辅助作用。

关键词：液压传动；计算机辅助；匹配算法；案例检索；CAD软件

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

1 引言

液压传动系统在许多机械领域都得到了广泛的应用，成为机械系统设计的主要方面，一个优秀的液压传动系统方案的设计要求具备良好的理论知识基础，并且要有丰富实践经验。随着计算机技术的发展，在企业中工程设计的软件应用非常广泛，液压CAD计算机技术在液压传动系统设计研究中的应用，以及人们利用计算机辅助技术结合人们的初步决策想法，利用计算机技术对大量的资料进行检索，进行计算从而完成液压传动系统方案的设计和研究。

在系统的设计与实现中主要介绍液压传动方案计算机辅助优选系统的关键技术，对液压传动方案计算机辅助优选系统实现的基本原理进行了介绍，在液压传动方案的基础上对液压系统和典型液压回路案例库进行开发。最后使用AUTOCAD软件对液压系统原理图进行绘制的。

2 液压传动系统设计与实现

2.1 液压传动方案的设计

在液压传动系统方案设计中，我们首先要知道主机对液压传动系统的性能、调速范围、负载条件、工作环境的温度湿度和工作周期等多方面的需求，在对液压传动系统方案进行设计时候，我们还要考虑到系统结构简单、工作运行可靠安全和对系统使用维护方便等需求方面。在一套完整的液压传动系统的方案设计中，所有的环节都是相互关联的。 液压传动系统方案的设计，液压系统原理图绘制是方案进行优选的表现形式，系统设计过程都是结合研究人员的工作经验完成的，所以研究人员专业知识掌握能力和实际的工作经验在很大程度上决定液压传动方案设计的好坏，在液压传动系统的设计中要把专家设计人员的专业知识和能力充分的发挥出来。液压系统的组成，液压传动系统的结构设计一般包括能源裝置、执行元件、控制元件和辅助元件。能源装置中最常见的就是液压泵，液压泵负责给系统提供压力油的，能源装置的工作原理主要是把机械能量转化为流体的压力能。执行元件装置包括液压缸和液压马达，液压缸是做直线运动，液压马达是做旋转运动的，执行元件的工作原理是把流体的压力转换成机械能量然后进行输出。控制元件装置常见的有溢流阀和相应的控制回路等，控制元件的工作原理是控制和调节系统中的流体的压力、流体的流量以及流体的流动方向，并且完成对信号的转换和放大等控制功能。辅助元件装置有油箱和过滤器等设备，辅助元件的工作原理主要是为系统的正常工作运行提供辅助帮助的，为能源装置、执行元件和控制元件提供辅助服务。典型液压回路设计特点，典型的液压回路是液压传动系统的基本组成，液压回路是实现特定功能的液压元件，液压传动系统方案设计中液压回路的设计包括压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多个执行元件控制回路。压力控制回路设计是实现控制整个系统回路或者系统局部回路的工作压力，从而实现调压、减压和保压的目的。速度控制回路设计主要是对系统中执行元件的速度进行控制的。方向控制回路的设计主要是控制执行元件运动方向，并且可以实现对执行元件的运行方向进行锁定。多个执行元件控制回路设计是控制多个执行元件相互之间的工作循环。合理的典型液压基本回路定义模型的建立是液压传动方案实现液压基本回路的优选方案，在液压传动系统方案的整个设计方案中，合理的典型液压基本回路定义模型可以帮助设计人员完成液压回路的优化选择。

2.2 系统方案优选的原理

从液压传动方案优化选择设计的角度出发，目前基于规则推理和CBR都是比较典型的优化算法，其中基于规则推理是基于研究专家的专业知识和和实践经验的推理，把专家的专业知识和实践经验进行抽象化的一种规则推理方式，但是在知识的获取和系统的维护等方面存在困难。典型的优化算法的选择主要是考虑对结果的检索以及对信息的检索速度，CBR可以解决传统的基于规则推理在知识获取和系统维护等方面存在的问题。CBR是把原有的工程案例作为知识源，在对液压传动方案计算机辅助优选时可以借助CBR推理技术进行实现，CBR推理根据液压传动方案的基本设计形式，以原有的液压传动方案和典型液压回路为依据，通过案例推理技术，实现对液压传动方案计算机辅助优选方案的设计。对优选的原理和实现方式我们可以从液压传动方案优化和典型液压回路推荐进行研究。液压传动方案优化过程中，提取出来相关的特征形式和优化要求的案例，并且把案例按照一定的形式组织起来，然后专家可以把提取出来的案例和以往的案例库中的案例进行检索匹配。

系统中的各个模块功能都是有相应算法完成的，这样减少了对专家知识的需求，对优化方案可以准确的确定，保证液压传动优化方案的设计。液化传动方案优化实现的原理如图1所示。

案例库开发模块设计，案例库包括任务设计部分和结果设计部分，其中任务设计是液压传动方案设计的目的，包括执行元件运动形式等特性和液压传动系统的的基本要求等信息。结果设计是液压传动方案设计的案例信息，包括液压传动系统的类型和补充说明等。在液压传动系统中实现案例的表示，首先对液压系统特征进行抽象分析，然后研究在计算机中知识的表示和处理过程。

特征提取模块设计，特征提取就是根据系统方案设计任务中的内容，对液压传动系统方案设计的要求进行总结概括，并且把总结概括的内容作为液压传动方案设计的依据对液压传动方案进行优化。执行元件特性分析和系统要求分析是提取液压传动方案的设计任务中的两个部分，执行元件特性分析包括执行元件运动方式和运行形式，系统要求分析包括对液压系统工作状况要求的分析和执行元件工作要求的分析。

案例匹配和检索模块设计，传动方案的基本要求在一定程度上的相近是液压传动方案的相似性，液压传动方案存储着大量的信息，对传动方案案例进行检索我们采用分阶段的形式。第一阶段我们采用关键字属性对案例库进行检索，从宏观上保证案例库相应资源的提取，然后采用邻近检索方法，从提取出来的相应资源中把与设计要求最相近的案例选择出来，保证液压传动方案设计的可重复使用性。

典型液压回路案例库开发，以液压基本回路特征为依据，把基本回路数据表及其作用特点数据表进行相关联的管理，用于实现液压基本回路的推荐，根据各个液压基本回路作用特点出现的概率，对出现回路类型进行判定。

2.3 液压传动方案图形绘制

液压传动方案图形绘制有两种方式，一是通过CAD机械绘图软件进行实现，二是通过专业的建模和仿真分析系統中的原理图设计模块和VISIO软件实现。液压CAD软件最基本的功能是完成液压系统原理图的绘制，在计算机辅助液压系统开发前，人们对液压传动方案图形的绘制都是通过人工手动在图纸上进行完成的，随着计算机技术的发展，开始使用计算机来完成液压系统的开发和设计工作。液压传动系统和系统内的各个模块以液压气动元件为标准开发了元件库，研究设计人员按照元件库标准进行液压传动原理图的绘制。

3 系统开发与功能实现

3.1 系统需求和功能分析

在系统开发和功能实现中对系统的开发环境、系统功能模块能和系统的框架结构进行了设计，建立了液压传动系统方案的数据库实体模型，对软件流程进行了设计，构建了液压传动方案原理图绘制的接口，系统开发平台主要有VB、Access和AutoCAD等.实现液压传动系统方案优选，需要有液压系统设计辅助工具系统，设计人员要充分利用行业内现有的设计案例和经验，来完成系统设计方案选择，系统设计需求要满足液压系统设计周期缩短，减少设计人员的工作强度，提高系统优化设计方案制作效率等。系统满足的功能，辅助决策和咨询功能、数据库维护功能和学习功能。辅助决策和咨询功能是系统辅助用户进行系统方案决策的设计，在液压系统设计过程中如果用户有问题，系统可以帮助用户进行问题的解答。数据库维护功能是用户可以完成对开发的案例库进行基本操作，包括添加、修改和删除。

3.2 系统架构及实现流程

液压系统架构设计中，液压传动系统方案的定义模型的建立是实现液压传动方案计算机辅助选优系统的关键问题，保证液压传动系统方案在整个过程中可以有效的传递液压系统的特征信息，各个阶段对传动方案的设计要求进行反馈。液压传动系统方案的定义模型是对液压传动系统的各个阶段的信息进行集成化的一个模型。液压传动系统的总体信息包括主机对液压传动系统的运动方式、运行稳定性等系统性能和工作环境等方面的要求，液压传动系统的的设计组成形式可以划分为动力元件+执行元件+控制回路+辅助元件的组织形式，液压传动系统的基本特征是元件的具体形式和控制回路的特点。

系统基本架构如图2所示，在系统架构图中，技术要求获取及知识表示模块是根据用户获取到的技术要求信息，信息按照一定的表示方法对一个案例进行表述，并存放于动态数据库中，案例的属性就是技术要求的信息。案例库管理模块中的案例库是由以前专家设计过的历史案例构成的，每个案例都包含技术要求的描述，新案例被录入案例库的时候，要建立新案例的特征索引，案例库管理模块的功能是为用户提供案例库管理和维护功能的。诊断推理机制模块是整个系统的核心，从动态数据库中找出相似的案例进行匹配操作，如果完全相同那么就调出历史案例，历史案例的解决方案作为当前的解决方案。学习模块中经过推理机得出的方案被实践验证是正确的，并且在案例库中相似值低，那么就会被自动加入到案例库中。人机界面是面向用户的，为用户提供使用和维护的界面。帮助模块是为液压传动方案优选系统功能提供帮助的。

系统工作流程如下，把系统选优要求以特征的形式进行提取，与案例库中的案例进行匹配检索，这样可以完成基本液压传动方案的选取，我们也可以更改匹配检索的结果，对案例库中的案例进行修正。如果系统提示案例库案例不足，那么系统会自动启动学习模块进行案例维护。系统中各个模块功能都是由算法进行完成的，并且从已经开发的传动方案案例库学习解决问题的方法，减少了对专家领域知识的需求，对优选方案可以准确的确定，从而保证液压传动方案设计的顺利进行。

4 总结

在机械系统设计方面，液压传动系统的设计是主要的研究领域。液压传动系统的设计改变了传统设计方法周期长效率低的缺点，液压传动系统设计方案是具有实际意义的一个课题。

基于计算机辅助的液压传动方案优选技术研究与开发具有一定的研究意义。

参考文献：

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[3]王军，陈锦江.基于实例与规则推理的面向液压缸产品族的智能设计系统研究[J].机床与液压，2006（12）.

作者简介：舒希勇（1977-），男，山东聊城人，硕士，讲师，研究方向：机械制造与控制。