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1　國內外研究概況、水平及發展趨勢

　　液壓機因具有結構簡單、工藝適應性強、環境污染小等其他設備不可替代的性能特點，被廣泛應用于汽車制造、航空航天、國防、電力電子、塑料、機械、冶金和輕工等國民經濟的各個領域。據不完全統計，目前我國以液壓機為主要產品的設計部門和生產廠已達百家之多，但CAD的應用情況卻令人失望。液壓機設計與制造業的整體技術水平遠遠落后于工業發達國家，使國際市場的激烈競爭和我國落后的設計水平這一矛盾日趨尖銳。具體表現在以下幾方 面：

1.1　設計手段
　　國內液壓機的主要設計單位，包括占主導地位的第一重型機械集團公司設計院在內的一些大型設計院所，其設計工作仍然是以圖板作業為主，設計工作的好與壞完全取決于設計人員的技術素質和工作狀態。因此，設計質量（包括結構設計的合理性、設計數據的準確性等）和設計效率低、設計周期長。同時，落后的設計手段也給報價工作帶來了許多不便，如報價書編制時間長、報價偏差大等。所有這些，都在不同程度上影響著一個企業的競爭能力。

1.2　分析理論
　　近十幾年來，雖然在某些有條件的設計院所，對液壓機的關鍵零部件也能作一些有限元結構分析，但是由于設計手段落后，這些分析結果在設計中未能起到應有的作用。所以，液壓機本體設計中的強度、剛度以及整體工作性能分析，仍然是以材料力學為依據，甚至僅憑經驗和直覺。用材料力學解決這樣復雜的實際問題，不得不把空間問題簡化為平面問題，這樣就極大地偏離了實際情況。為此，人們不得不把材料的許用強度降低，以犧牲結構的合理性來換取結構的安全性。由于科技含量相對低，所以與日本同類產品比較，就顯得結構龐大、笨重，同樣能力的設備，其重量一般都要高出10％～20％。且其成本競爭力也完全處于劣勢。

1.3　外觀造形
　　設備外觀造形問題，只是在最近幾年才引起人們的重視，剛剛在設計人員的頭腦中形成了一種意識。由于缺乏造形手段，這種意識最終也只能變成一種設計人員的個人行為。設計者各自為陣，各行其是，根本就談不上以此來塑造一個企業的風格和特征。產品的外觀造形缺少 科學與藝術方面的考慮，也是產品缺乏競爭能力的一個重要因素。

2　液壓機本體CAD系統的意義

　　隨著機械行業CAD推廣應用工作的深化，絕大多數液壓機設計院所及制造廠家在這方面也作了大量的工作，為實現真正意義上的CAD奠定了基礎。不過就目前的CAD應用情況來看，尚存以下兩個問題：其一，CAD工作進展緩慢，成果零散，難以發揮優勢。幾個大院所從國外購買的軟件主要用于有限元分析，作為CAD平臺開展二次開發工作的極少，開發的軟件水平也不高，針對性太強，應用局限性很大。其二，現有的大多數CAD軟件在用戶界面方面存在著 交互困難、操作不便的問題，極大地限制了CAD技術的推廣應用。
　　面向二十一世紀，企業要生存和發展，就必須有效地掌握先進的生產力，樹立強烈的市場、成本和效益意識。開發和設計產品，也必須滿足用戶對品種、批量、時間和質量等諸方面的要求。所以，根據工藝用途、制造成本、機器性能等技術經濟指標，能夠靈活修改設計方案，適時分析結構性能，準確評價整機或關鍵部分的功能和性態，優化結構參數，為制造提供高質量、高水平的成套技術資料，是現階段機械制造行業孜孜追求的目標，是促進CAD技術蓬勃發展的動力源泉。今天，是否掌握CAD應用技術已經成為衡量一個企業能否邁入信息時代的重要標志。CAD已經被公認為是提高企業參與競爭能力的有效技術和方法之一。
　　融合專家系統（ES）的CAD技術，依賴專家的知識和經驗、以人類專家的水平解決本領域中 的技術設計問題，使設計過程智能化，無疑是對設計方法的一次革命。盡管把專家系統引入機械設計也只有短短十幾年的歷史，但是由于機械設計專家系統（MDES）可為現代化的機械設計提供詳實、可靠、規范、高效的設計依據，所以已經激發了大批企業的應用熱情。基于專家系統、面向微機的液壓機本體CAD系統，可望把我國液壓機本體設計技術從落后的 圖板作業水平提高到現代設計的先進水平。開發這項先進的技術，對于改善我國液壓機設計與制造業的落后局面，促進民族工業的進步，實現液壓機產品的優化設計，縮短設計和開發周期，提高質量，增強企業在國際市場上的競爭能力，使我國液壓機制造業逐步實現CAD/CA M一體化，具有極其重要的意義。
　　本論文的主要任務就是要實現液壓機本體設計的智能化、參數化、數據標準化、應用商品化 ，并提供方便使用的全中文用戶界面，出圖率達到總圖紙量的90％以上。

3　液壓機本體CAD系統的實現

　　液壓機本體設計CAD系統主要包括：本體設計專家系統YYJES1.0、本體離散優 化軟件YKJU3.0和本體參數化繪圖軟件三大模塊。
　　專家系統是人工智能的一個應用領域。為實現液壓機本體設計CAD系統的智能化，就需要建 立液壓機本體設計的專家系統。本體設計專家系統由知識庫、數據庫、人機接口和推理機組 成。其結構框圖如圖1所示。

圖1　專家系統結構圖

　　液壓機本體部分優化設計的主要對象是液壓機的兩大梁，即上橫梁和下橫梁(底座)。優化設計的目的是使這些構件在滿足強度、剛度等設計要求前提下，通過調整各板的厚度使其重量最輕，采用的優化算法是SPG法。SPG法是將序列二次規劃法(S)、罰函數法(P)和遺傳算法(G )有機結合的一種結構離散優化算法。SPG法能夠較好地求解類似液壓機本體這樣大型結構的 離散化問題。
　　參數化繪圖模塊是以AutoCAD為平臺，運用先進的ADS技術進行的二次開發。能夠輸出立柱、 底座、上橫梁、活動橫梁零件圖和本體外形圖。
　　基于專家系統和離散優化的液壓機本體CAD系統框圖如圖2所示。

圖2　YYJCAD1.0流程圖

　　YYJCAD1.0使用方便、操作簡單，用戶只需輸入液壓機的主要技術參數和形式參數，系統即 能自動完成本體優化設計，并可輸出本體全部零部件圖。

4　結束語

　　本文通過基于專家系統和離散優化的液壓機本體CAD系統的研制，為實現液壓機本體設計的 智能化和現代化奠定了基礎。基本形成了一套以專家系統為支撐、以現代設計理論和方法為 手段、以AutoCAD為繪圖平臺的液壓機本體CAD系統的框架。