摘 要：隨著液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)中，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)作為重要的技術(shù)手段。本文液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特征和典型液壓回路的特征進(jìn)行了描述，通過引入案例推理技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的方案進(jìn)行優(yōu)選，并且結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)對(duì)大量的資料進(jìn)行分析和檢索，按照技術(shù)要求進(jìn)行計(jì)算和優(yōu)化，在液壓傳動(dòng)方案計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)選技術(shù)的研究中起到一定的輔助作用。

關(guān)鍵詞：液壓傳動(dòng)；計(jì)算機(jī)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(dòng)系統(tǒng)在許多機(jī)械領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，成為機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要方面，一個(gè)優(yōu)秀的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)要求具備良好的理論知識(shí)基礎(chǔ)，并且要有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在企業(yè)中工程設(shè)計(jì)的軟件應(yīng)用非常廣泛，液壓CAD計(jì)算機(jī)技術(shù)在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究中的應(yīng)用，以及人們利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)結(jié)合人們的初步?jīng)Q策想法，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)大量的資料進(jìn)行檢索，進(jìn)行計(jì)算從而完成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)和研究。

在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中主要介紹液壓傳動(dòng)方案計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)選系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)液壓傳動(dòng)方案計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)選系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本原理進(jìn)行了介紹，在液壓傳動(dòng)方案的基礎(chǔ)上對(duì)液壓系統(tǒng)和典型液壓回路案例庫進(jìn)行開發(fā)。最后使用AUTOCAD軟件對(duì)液壓系統(tǒng)原理圖進(jìn)行繪制的。

2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 液壓傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)

在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，我們首先要知道主機(jī)對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的性能、調(diào)速范圍、負(fù)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(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)候，我們還要考慮到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作運(yùn)行可靠安全和對(duì)系統(tǒng)使用維護(hù)方便等需求方面。在一套完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中，所有的環(huán)節(jié)都是相互關(guān)聯(lián)的。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)原理圖繪制是方案進(jìn)行優(yōu)選的表現(xiàn)形式，系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程都是結(jié)合研究人員的工作經(jīng)驗(yàn)完成的，所以研究人員專業(yè)知識(shí)掌握能力和實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)在很大程度上決定液壓傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)的好壞，在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要把專家設(shè)計(jì)人員的專業(yè)知識(shí)和能力充分的發(fā)揮出來。液壓系統(tǒng)的組成，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(fù)責(zé)給系統(tǒng)提供壓力油的，能源裝置的工作原理主要是把機(jī)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(dá)，液壓缸是做直線運(yùn)動(dòng)，液壓馬達(dá)是做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，執(zhí)行元件的工作原理是把流體的壓力轉(zhuǎn)換成機(jī)械能量然后進(jìn)行輸出?？刂圃b置常見的有溢流閥和相應(yīng)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(dòng)方向，并且完成對(duì)信號(hào)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(shè)備，輔助元件的工作原理主要是為系統(tǒng)的正常工作運(yùn)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(wù)。典型液壓回路設(shè)計(jì)特點(diǎn)，典型的液壓回路是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組成，液壓回路是實(shí)現(xiàn)特定功能的液壓元件，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中液壓回路的設(shè)計(jì)包括壓力控制回路、速度控制回路、方向控制回路和多個(gè)執(zhí)行元件控制回路。壓力控制回路設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)控制整個(gè)系統(tǒng)回路或者系統(tǒng)局部回路的工作壓力，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、減壓和保壓的目的。速度控制回路設(shè)計(jì)主要是對(duì)系統(tǒng)中執(zhí)行元件的速度進(jìn)行控制的。方向控制回路的設(shè)計(jì)主要是控制執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)方向，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件的運(yùn)行方向進(jìn)行鎖定。多個(gè)執(zhí)行元件控制回路設(shè)計(jì)是控制多個(gè)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(dòng)方案實(shí)現(xiàn)液壓基本回路的優(yōu)選方案，在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案的整個(gè)設(shè)計(jì)方案中，合理的典型液壓基本回路定義模型可以幫助設(shè)計(jì)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(dòng)方案優(yōu)化選擇設(shè)計(jì)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(shí)和和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的推理，把專家的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行抽象化的一種規(guī)則推理方式，但是在知識(shí)的獲取和系統(tǒng)的維護(hù)等方面存在困難。典型的優(yōu)化算法的選擇主要是考慮對(duì)結(jié)果的檢索以及對(duì)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(shí)獲取和系統(tǒng)維護(hù)等方面存在的問題。CBR是把原有的工程案例作為知識(shí)源，在對(duì)液壓傳動(dòng)方案計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)選時(shí)可以借助CBR推理技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，CBR推理根據(jù)液壓傳動(dòng)方案的基本設(shè)計(jì)形式，以原有的液壓傳動(dòng)方案和典型液壓回路為依據(jù)，通過案例推理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓傳動(dòng)方案計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)選方案的設(shè)計(jì)。對(duì)優(yōu)選的原理和實(shí)現(xiàn)方式我們可以從液壓傳動(dòng)方案優(yōu)化和典型液壓回路推薦進(jìn)行研究。液壓傳動(dòng)方案優(yōu)化過程中，提取出來相關(guān)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(jìn)行檢索匹配。

系統(tǒng)中的各個(gè)模塊功能都是有相應(yīng)算法完成的，這樣減少了對(duì)專家知識(shí)的需求，對(duì)優(yōu)化方案可以準(zhǔn)確的確定，保證液壓傳動(dòng)優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)。液化傳動(dòng)方案優(yōu)化實(shí)現(xiàn)的原理如圖1所示。

案例庫開發(fā)模塊設(shè)計(jì)，案例庫包括任務(wù)設(shè)計(jì)部分和結(jié)果設(shè)計(jì)部分，其中任務(wù)設(shè)計(jì)是液壓傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)的目的，包括執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)形式等特性和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的的基本要求等信息。結(jié)果設(shè)計(jì)是液壓傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)的案例信息，包括液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的類型和補(bǔ)充說明等。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)案例的表示，首先對(duì)液壓系統(tǒng)特征進(jìn)行抽象分析，然后研究在計(jì)算機(jī)中知識(shí)的表示和處理過程。

特征提取模塊設(shè)計(jì)，特征提取就是根據(jù)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)任務(wù)中的內(nèi)容，對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行總結(jié)概括，并且把總結(jié)概括的內(nèi)容作為液壓傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)的依據(jù)對(duì)液壓傳動(dòng)方案進(jìn)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(dòng)方案的設(shè)計(jì)任務(wù)中的兩個(gè)部分，執(zhí)行元件特性分析包括執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)行形式，系統(tǒng)要求分析包括對(duì)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(shè)計(jì)，傳動(dòng)方案的基本要求在一定程度上的相近是液壓傳動(dòng)方案的相似性，液壓傳動(dòng)方案存儲(chǔ)著大量的信息，對(duì)傳動(dòng)方案案例進(jìn)行檢索我們采用分階段的形式。第一階段我們采用關(guān)鍵字屬性對(duì)案例庫進(jìn)行檢索，從宏觀上保證案例庫相應(yīng)資源的提取，然后采用鄰近檢索方法，從提取出來的相應(yīng)資源中把與設(shè)計(jì)要求最相近的案例選擇出來，保證液壓傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)的可重復(fù)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(diǎn)數(shù)據(jù)表進(jìn)行相關(guān)聯(lián)的管理，用于實(shí)現(xiàn)液壓基本回路的推薦，根據(jù)各個(gè)液壓基本回路作用特點(diǎn)出現(xiàn)的概率，對(duì)出現(xiàn)回路類型進(jìn)行判定。

2.3 液壓傳動(dòng)方案圖形繪制

液壓傳動(dòng)方案圖形繪制有兩種方式，一是通過CAD機(jī)械繪圖軟件進(jìn)行實(shí)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(shè)計(jì)模塊和VISIO軟件實(shí)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(jì)算機(jī)輔助液壓系統(tǒng)開發(fā)前，人們對(duì)液壓傳動(dòng)方案圖形的繪制都是通過人工手動(dòng)在圖紙上進(jìn)行完成的，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，開始使用計(jì)算機(jī)來完成液壓系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)工作。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)模塊以液壓氣動(dòng)元件為標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)了元件庫，研究設(shè)計(jì)人員按照元件庫標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行液壓傳動(dòng)原理圖的繪制。

3 系統(tǒng)開發(fā)與功能實(shí)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(shí)現(xiàn)中對(duì)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(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，建立了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案的數(shù)據(jù)庫實(shí)體模型，對(duì)軟件流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，構(gòu)建了液壓傳動(dòng)方案原理圖繪制的接口，系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)主要有VB、Access和AutoCAD等.實(shí)現(xiàn)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案優(yōu)選，需要有液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助工具系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員要充分利用行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)案例和經(jīng)驗(yàn)，來完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求要滿足液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期縮短，減少設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，提高系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(hù)功能和學(xué)習(xí)功能。輔助決策和咨詢功能是系統(tǒng)輔助用戶進(jìn)行系統(tǒng)方案決策的設(shè)計(jì)，在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中如果用戶有問題，系統(tǒng)可以幫助用戶進(jìn)行問題的解答。數(shù)據(jù)庫維護(hù)功能是用戶可以完成對(duì)開發(fā)的案例庫進(jìn)行基本操作，包括添加、修改和刪除。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)流程

液壓系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案的定義模型的建立是實(shí)現(xiàn)液壓傳動(dòng)方案計(jì)算機(jī)輔助選優(yōu)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，保證液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案在整個(gè)過程中可以有效的傳遞液壓系統(tǒng)的特征信息，各個(gè)階段對(duì)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行反饋。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案的定義模型是對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)階段的信息進(jìn)行集成化的一個(gè)模型。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的總體信息包括主機(jī)對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)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(dòng)系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)組成形式可以劃分為動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的基本特征是元件的具體形式和控制回路的特點(diǎn)。

系統(tǒng)基本架構(gòu)如圖2所示，在系統(tǒng)架構(gòu)圖中，技術(shù)要求獲取及知識(shí)表示模塊是根據(jù)用戶獲取到的技術(shù)要求信息，信息按照一定的表示方法對(duì)一個(gè)案例進(jìn)行表述，并存放于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中，案例的屬性就是技術(shù)要求的信息。案例庫管理模塊中的案例庫是由以前專家設(shè)計(jì)過的歷史案例構(gòu)成的，每個(gè)案例都包含技術(shù)要求的描述，新案例被錄入案例庫的時(shí)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(hù)功能的。診斷推理機(jī)制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，從動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中找出相似的案例進(jìn)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(dāng)前的解決方案。學(xué)習(xí)模塊中經(jīng)過推理機(jī)得出的方案被實(shí)踐驗(yàn)證是正確的，并且在案例庫中相似值低，那么就會(huì)被自動(dòng)加入到案例庫中。人機(jī)界面是面向用戶的，為用戶提供使用和維護(hù)的界面。幫助模塊是為液壓傳動(dòng)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(jìn)行提取，與案例庫中的案例進(jìn)行匹配檢索，這樣可以完成基本液壓傳動(dòng)方案的選取，我們也可以更改匹配檢索的結(jié)果，對(duì)案例庫中的案例進(jìn)行修正。如果系統(tǒng)提示案例庫案例不足，那么系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)學(xué)習(xí)模塊進(jìn)行案例維護(hù)。系統(tǒng)中各個(gè)模塊功能都是由算法進(jìn)行完成的，并且從已經(jīng)開發(fā)的傳動(dòng)方案案例庫學(xué)習(xí)解決問題的方法，減少了對(duì)專家領(lǐng)域知識(shí)的需求，對(duì)優(yōu)選方案可以準(zhǔn)確的確定，從而保證液壓傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。

4 總結(jié)

在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是主要的研究領(lǐng)域。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法周期長效率低的缺點(diǎn)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是具有實(shí)際意義的一個(gè)課題。

基于計(jì)算機(jī)輔助的液壓傳動(dòng)方案優(yōu)選技術(shù)研究與開發(fā)具有一定的研究意義。

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