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1　國(guó)內(nèi)外研究概況、水平及發(fā)展趨勢(shì)

　　液壓機(jī)因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)境污染小等其他設(shè)備不可替代的性能特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、國(guó)防、電力電子、塑料、機(jī)械、冶金和輕工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)以液壓機(jī)為主要產(chǎn)品的設(shè)計(jì)部門和生產(chǎn)廠已達(dá)百家之多，但CAD的應(yīng)用情況卻令人失望。液壓機(jī)設(shè)計(jì)與制造業(yè)的整體技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，使國(guó)際市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)和我國(guó)落后的設(shè)計(jì)水平這一矛盾日趨尖銳。具體表現(xiàn)在以下幾方 面：

1.1　設(shè)計(jì)手段
　　國(guó)內(nèi)液壓機(jī)的主要設(shè)計(jì)單位，包括占主導(dǎo)地位的第一重型機(jī)械集團(tuán)公司設(shè)計(jì)院在內(nèi)的一些大型設(shè)計(jì)院所，其設(shè)計(jì)工作仍然是以圖板作業(yè)為主，設(shè)計(jì)工作的好與壞完全取決于設(shè)計(jì)人員的技術(shù)素質(zhì)和工作狀態(tài)。因此，設(shè)計(jì)質(zhì)量（包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等）和設(shè)計(jì)效率低、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。同時(shí)，落后的設(shè)計(jì)手段也給報(bào)價(jià)工作帶來了許多不便，如報(bào)價(jià)書編制時(shí)間長(zhǎng)、報(bào)價(jià)偏差大等。所有這些，都在不同程度上影響著一個(gè)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

1.2　分析理論
　　近十幾年來，雖然在某些有條件的設(shè)計(jì)院所，對(duì)液壓機(jī)的關(guān)鍵零部件也能作一些有限元結(jié)構(gòu)分析，但是由于設(shè)計(jì)手段落后，這些分析結(jié)果在設(shè)計(jì)中未能起到應(yīng)有的作用。所以，液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、剛度以及整體工作性能分析，仍然是以材料力學(xué)為依據(jù)，甚至僅憑經(jīng)驗(yàn)和直覺。用材料力學(xué)解決這樣復(fù)雜的實(shí)際問題，不得不把空間問題簡(jiǎn)化為平面問題，這樣就極大地偏離了實(shí)際情況。為此，人們不得不把材料的許用強(qiáng)度降低，以犧牲結(jié)構(gòu)的合理性來換取結(jié)構(gòu)的安全性。由于科技含量相對(duì)低，所以與日本同類產(chǎn)品比較，就顯得結(jié)構(gòu)龐大、笨重，同樣能力的設(shè)備，其重量一般都要高出10％～20％。且其成本競(jìng)爭(zhēng)力也完全處于劣勢(shì)。

1.3　外觀造形
　　設(shè)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(shè)計(jì)人員的頭腦中形成了一種意識(shí)。由于缺乏造形手段，這種意識(shí)最終也只能變成一種設(shè)計(jì)人員的個(gè)人行為。設(shè)計(jì)者各自為陣，各行其是，根本就談不上以此來塑造一個(gè)企業(yè)的風(fēng)格和特征。產(chǎn)品的外觀造形缺少 科學(xué)與藝術(shù)方面的考慮，也是產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)能力的一個(gè)重要因素。

2　液壓機(jī)本體CAD系統(tǒng)的意義

　　隨著機(jī)械行業(yè)CAD推廣應(yīng)用工作的深化，絕大多數(shù)液壓機(jī)設(shè)計(jì)院所及制造廠家在這方面也作了大量的工作，為實(shí)現(xiàn)真正意義上的CAD奠定了基礎(chǔ)。不過就目前的CAD應(yīng)用情況來看，尚存以下兩個(gè)問題：其一，CAD工作進(jìn)展緩慢，成果零散，難以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。幾個(gè)大院所從國(guó)外購(gòu)買的軟件主要用于有限元分析，作為CAD平臺(tái)開展二次開發(fā)工作的極少，開發(fā)的軟件水平也不高，針對(duì)性太強(qiáng)，應(yīng)用局限性很大。其二，現(xiàn)有的大多數(shù)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(shù)的推廣應(yīng)用。
　　面向二十一世紀(jì)，企業(yè)要生存和發(fā)展，就必須有效地掌握先進(jìn)的生產(chǎn)力，樹立強(qiáng)烈的市場(chǎng)、成本和效益意識(shí)。開發(fā)和設(shè)計(jì)產(chǎn)品，也必須滿足用戶對(duì)品種、批量、時(shí)間和質(zhì)量等諸方面的要求。所以，根據(jù)工藝用途、制造成本、機(jī)器性能等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，能夠靈活修改設(shè)計(jì)方案，適時(shí)分析結(jié)構(gòu)性能，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)整機(jī)或關(guān)鍵部分的功能和性態(tài)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，為制造提供高質(zhì)量、高水平的成套技術(shù)資料，是現(xiàn)階段機(jī)械制造行業(yè)孜孜追求的目標(biāo)，是促進(jìn)CAD技術(shù)蓬勃發(fā)展的動(dòng)力源泉。今天，是否掌握CAD應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成為衡量一個(gè)企業(yè)能否邁入信息時(shí)代的重要標(biāo)志。CAD已經(jīng)被公認(rèn)為是提高企業(yè)參與競(jìng)爭(zhēng)能力的有效技術(shù)和方法之一。
　　融合專家系統(tǒng)（ES）的CAD技術(shù)，依賴專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)、以人類專家的水平解決本領(lǐng)域中 的技術(shù)設(shè)計(jì)問題，使設(shè)計(jì)過程智能化，無疑是對(duì)設(shè)計(jì)方法的一次革命。盡管把專家系統(tǒng)引入機(jī)械設(shè)計(jì)也只有短短十幾年的歷史，但是由于機(jī)械設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)（MDES）可為現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)提供詳實(shí)、可靠、規(guī)范、高效的設(shè)計(jì)依據(jù)，所以已經(jīng)激發(fā)了大批企業(yè)的應(yīng)用熱情。基于專家系統(tǒng)、面向微機(jī)的液壓機(jī)本體CAD系統(tǒng)，可望把我國(guó)液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)技術(shù)從落后的 圖板作業(yè)水平提高到現(xiàn)代設(shè)計(jì)的先進(jìn)水平。開發(fā)這項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，對(duì)于改善我國(guó)液壓機(jī)設(shè)計(jì)與制造業(yè)的落后局面，促進(jìn)民族工業(yè)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)和開發(fā)周期，提高質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，使我國(guó)液壓機(jī)制造業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)CAD/CA M一體化，具有極其重要的意義。
　　本論文的主要任務(wù)就是要實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)的智能化、參數(shù)化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、應(yīng)用商品化 ，并提供方便使用的全中文用戶界面，出圖率達(dá)到總圖紙量的90％以上。

3　液壓機(jī)本體CAD系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)主要包括：本體設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)YYJES1.0、本體離散優(yōu) 化軟件YKJU3.0和本體參數(shù)化繪圖軟件三大模塊。
　　專家系統(tǒng)是人工智能的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)的智能化，就需要建 立液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)。本體設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)由知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、人機(jī)接口和推理機(jī)組 成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1　專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　液壓機(jī)本體部分優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要對(duì)象是液壓機(jī)的兩大梁，即上橫梁和下橫梁(底座)。優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是使這些構(gòu)件在滿足強(qiáng)度、剛度等設(shè)計(jì)要求前提下，通過調(diào)整各板的厚度使其重量最輕，采用的優(yōu)化算法是SPG法。SPG法是將序列二次規(guī)劃法(S)、罰函數(shù)法(P)和遺傳算法(G )有機(jī)結(jié)合的一種結(jié)構(gòu)離散優(yōu)化算法。SPG法能夠較好地求解類似液壓機(jī)本體這樣大型結(jié)構(gòu)的 離散化問題。
　　參數(shù)化繪圖模塊是以AutoCAD為平臺(tái)，運(yùn)用先進(jìn)的ADS技術(shù)進(jìn)行的二次開發(fā)。能夠輸出立柱、 底座、上橫梁、活動(dòng)橫梁零件圖和本體外形圖。
　　基于專家系統(tǒng)和離散優(yōu)化的液壓機(jī)本體CAD系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2　YYJCAD1.0流程圖

　　YYJCAD1.0使用方便、操作簡(jiǎn)單，用戶只需輸入液壓機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和形式參數(shù)，系統(tǒng)即 能自動(dòng)完成本體優(yōu)化設(shè)計(jì)，并可輸出本體全部零部件圖。

4　結(jié)束語

　　本文通過基于專家系統(tǒng)和離散優(yōu)化的液壓機(jī)本體CAD系統(tǒng)的研制，為實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)本體設(shè)計(jì)的 智能化和現(xiàn)代化奠定了基礎(chǔ)。基本形成了一套以專家系統(tǒng)為支撐、以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法為 手段、以AutoCAD為繪圖平臺(tái)的液壓機(jī)本體CAD系統(tǒng)的框架。