南通铭烽液压机械有限公司
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液压机本体CAD和专家系统的基础知识
发布时间: 2018-5-8
  北京工业大学和燕山大学曾对液压机本体CAD及其专家系统进行过研究。他们介绍的CAD系统HJ CAB1.0主要包括:本体设计专家系统飘国璐1.0、本体离散优化软件YKJU 3.0和本体参数化绘图软件三大模块。
  液压机的本体结构较为复杂,影响因素较多,无法用一个固定的设计模式达到满意的设计结果,而以知识为基础的专家系统,由于它兼存并蓄了人类专家的大量的设计思想、经验、技巧和规财,可以帮助设计人员进行推理、判断和决策,从而能在更高层次上完成复杂多变的设计工作。而由于知识库和推理机的分离,使知识库的修改、添加、删除等操作不受系统限制,无论设计何种结构形式的液压机,都可以通过不断对知识库进行补充、修正,最终得到比较满意的设计结果。
  (一)液压机本体设计专家系统YYJESl.0
  本体设计专家系统由知识库、数据库、人机接口和推理机组成,其结构框图如图1所示,并分述如下:
    
  图1固液压机本体专家系统结构图
  (1)知识库为了便于知识的管理,将专家知识和经验分成多功能模块,如图2所示。
  图2中已形成液压机本体设计知识库框架,具体描述主要针对铸造结构三粱四柱式液压机本体设计。它主要包括以下内容:
  1)结构功能选型规则库。
  2)铸造结构三粱四柱液压机选型规则库。它主要是针对12种类型的三粱四柱式液压机,形成12条对应的规则.
  3)液压缸设计知识库用于完成液压缸的结构设计。
  4)底座设计知识库用于完成除底座各板厚度以外的参数的确定。它主要包括以下几个设计模块库:选型规则库、结构型式标准库、结构尺寸设计库、极限限制库、强度规范库、加工商技术要求规则库。技术条件库。
  5)上横梁设计知识库用于完成除上横梁各板厚度以外的参数的确定,其组成与底座设计知识库类似。
  6)活动横梁设计知识库用于完成活动横梁全部结构参数韵确定,其组成与底座设计知识库类似。
  7)立柱设计知识库用于完成与立柱有关的结构尺寸确定及立柱材料选择、技术条件规范确定等。
  8)总图及报价知识库包括报价书生成规则、重量及报价计算和总图技术条件。
  关于底座和上横梁各板的厚度由离散优化软件完成其设计。
  (2)数据库分为专家数据库和动态数据库,专家数据库用于存放液压机本体设计时用到的大量的经验数据的系列值,它们存储在Visual Foxpro 5.0数据库中;动态数据库用于存储初始输入数据和推理过程中得到的各种信息,它们以数据文件的形式存在。
  (3)推理机一般就程序设计来说,推理程序的编写是专家系统中难度较大的一帮分。液压机本体设计专家系统的推理过程包括:结构功能分类型推理、铸造结构三梁四柱液压机形式推理、底座选型推理等。它们均采用正向推理机制。例如,要确定铸造结构三梁四柱液压机形式,首选把液压机形式规则库中的第一条规则的前提提出来,与存储于动态数据库中的事实c=1、d3=0、h2=0相比较,如果完全一致,则匹配,直至匹配成功。
  由上可知,液压机本体设计专家系统实现了推理机和知识库的分离,符合专家系统的设计规则。
  (二)液压机本体离散优化软件YKJU3.0
  液压机本体优化设计的主要对象是液压机的两大梁,即上横梁和下横梁(底座)。优化设计的目的是使这些构件在满足强度、刚度等设计要求前提下,通过调整各板的厚度使其重量最轻。采用的优化方法是sPG法。sPG法是将序列二次规划法(s)、罚函数法(P)和遗传算法(G)有机结合的一种结构离散优化算法。SPG法能够较好地求解类似液压机本体这样大型结构的离散化问题。
  (三)液压机本体参数化绘图软件模块
  本体参数化绘图软件模块是以Auto CAD为平台,运用先进的ADS技术进行的二次开发。能够输出立柱、底座、上横梁、活动横梁零件图和本体外形图。
  液压机本体CAD和专家系统的总体结构框架如图2所示。
  本体设计专家系统采用Vismd C++开发,通过数据文件传递到图形编辑软件Auto CAD进行图形显示和输出可直接使用的工程图样。
  ⅧCAD1.0液压机本体CAD系统使用方便,操作简单,用户只需输入液压机的主要技术参数和形式参数,系统即能自动完成本体优化设计,并可输出本体全部零部件图。
  燕山大学聂绍珉教授等还在Auto CAD R14平台上开发了一套液压机用液压缸的计算机辅助设计软件嗍AD 2.0。此系统包括液压缸设计专家系统YYGES、参数化绘图及结构优化三大模块,如图4所示。此系统能覆盖柱塞缸、活塞缸和差动柱塞缸的绝大部分结构类型和直径在?1420mm以下的全部常用规格。
       
  图 液压机本体CAD系统总框图        图3 YYGCAD2.0组成框图
  专家系统主要包括知识库、数据库、推理机和人机接口等部分。采用产生式与框架表示相结合的知识表达方法,将液压机领域高级专家的知识和经验表示为液压缸专家系统知识库,并在Foxpro下建立数据库,采用模块的方式对知识进行分层正向推理。YYGES专家系统知识库的内容如图4所示。例如,根据柱塞(活塞)与滑块的连接形式、缸体与上横粱的连接形式、法兰过渡形线的不同,在液压缸专家系统YYGES中将液压缸分为14种。根据缸底连接充液阀、接高压管以及附接法兰等的不同,也将缸底分为14种。YYGES的推理过程主要包括液压缸结构推理、液压缸缸底类型及结构推理等。YYGES的数据库按其功能可分为专家数据库和动态数据库,前者存放液压缸设计时用到的大量经验数据的系列值;而动态数据库用于存储初始设计数据和在推理过程中得到的各种信息,包括用户回答的事实、已知的事实和由设计推理而得的事实,为下一步在专家数据库中查询提供依据。
  YYG CAD 2.0的参数化绘图模块是在Auto CAD R14平台上,以Visual C++6.0为开发环境,用Object ABX语言开发的应用程序,能在任何Windows 95198/2000/NT微机上运行。在确定基本的设计参数后,用户可以得到包括尺寸标注、形位公差、粗糙度和技术要求等各项完整的工程图样。
    
            图4 YYGES知识库结构框图
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