液壓集成塊人機結(jié)合智能虛擬設計方法與應用研究.pdf

1、液壓集成塊是集成式液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵零件，應用廣泛。隨著液壓系統(tǒng)復雜程度的提高，集成塊設計難度隨之增加。因此將新技術(shù)與方法引入到集成塊設計中必然成為未來的發(fā)展方向?？v觀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，集成塊設計目前大多致力于應用各種智能優(yōu)化方法進行全自動設計，由于缺乏有效的人工干預，優(yōu)化過程沒有充分考慮設計規(guī)則和習慣，存在優(yōu)化時間長，設計人員還需對優(yōu)化結(jié)果進行調(diào)改以滿足工程實際需要等問題；其次，集成塊設計環(huán)境可視化程度還不是很高，僅僅作為設計結(jié)果的展示手段

2、，設計人員只能從外部對集成塊進行三維瀏覽，無法深入到集成塊內(nèi)部清晰地探查孔道相交情況，半封閉的設計環(huán)境限制了設計人員的創(chuàng)造思維。液壓集成塊設計是人的創(chuàng)造力與環(huán)境條件交互作用的物化過程，是一種智能行為。目前的集成塊設計沒有提供有利的工具使設計人員真下融入集成塊設計中，設計過程仍是一個困難地、非直觀的、耗時間的過程。 本文緊密結(jié)合實際，從工程優(yōu)化角度出發(fā)，旨在通過對虛擬設計技術(shù)、計算智能算法、人機結(jié)合方法及人工智能的深入研究，針對集

3、成塊設計問題，探索一種人機結(jié)合智能虛擬設計方法與實現(xiàn)策略，創(chuàng)立開放式智能型虛擬設計模式和環(huán)境，構(gòu)建集成塊人機結(jié)合智能虛擬設計系統(tǒng)框架，高質(zhì)量地完成集成塊整個設計流程。主要研究內(nèi)容包括： 第一，全面總結(jié)集成塊設計問題特點與設計流程，明確提出集成塊設計的核心問題是外部布局和內(nèi)部布孔集成方案的優(yōu)化設計，可以歸結(jié)為一種復雜的立體空間布局問題。深入分析當今研究熱點的各種布局問題求解策略，以工程優(yōu)化為目標，提出了一種液壓集成塊人機結(jié)合的智能

4、虛擬設計方法：在集成塊虛擬設計環(huán)境中，以基于計算智能的集成塊優(yōu)化計算為內(nèi)核，采用基于設計實例與設計規(guī)則的人工智能施加設計引導，借助自然直觀的人機交互方式，設計人員在優(yōu)化進程中與真實感顯示的設計對象實時交互與探查，實現(xiàn)算法駕馭；充分發(fā)揮各自特長，實現(xiàn)設計人員智能與計算機智能在虛擬設計環(huán)境中的完美和諧的統(tǒng)一。詳細闡述方法可行性、構(gòu)造出發(fā)點、設計流程及其實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)，給出系統(tǒng)構(gòu)架，規(guī)劃了集成塊優(yōu)化設計問題的總體解決方案。人機結(jié)合智能虛擬設計方

5、法為集成塊設計提供嶄新的研究思路，對解決其它復雜空間布局問題也具有借鑒意義。 第二，虛擬設計環(huán)境是人機結(jié)合智能虛擬設計方法實施的平臺和支撐，虛擬建模是構(gòu)建一個虛擬設計系統(tǒng)的基礎(chǔ)。針對集成塊虛擬設計，提出一種多分辨率智能參數(shù)化層次特征虛擬建模方法：基于集成塊參數(shù)化的基本體素特征，以CSG樹記錄構(gòu)型歷史，提出改進的B-Rep半邊結(jié)構(gòu)進行模型幾何特征表述，采用多分辨率控制下的三角剖分算法生成面片網(wǎng)絡模型，幾何引擎設計實現(xiàn)了CAD模型與

6、虛擬顯示模型的無縫集成；對集成塊設計全生命周期的特征進行層次化封裝，依據(jù)設計知識與設計規(guī)則，基于智能體技術(shù)賦予模型智能特征，最終實現(xiàn)集成塊多分辨率智能參數(shù)化層次特征虛擬模型，有效實現(xiàn)了集成塊交互式特征參數(shù)化設計與設計對象的動態(tài)、實時、真實感顯示。 第三，集成塊虛擬設計場景的建立與自然、直觀的人機交互手段的實現(xiàn)是人機結(jié)合的集成塊優(yōu)化設計得以實施的保證。創(chuàng)立一種適合集成塊結(jié)構(gòu)特點和設計需求的虛擬設計環(huán)境構(gòu)成方案，建立開放式的集成塊虛

7、擬設計環(huán)境層次模型，實現(xiàn)集成塊的三維立體圖形實時動態(tài)顯示，精確展現(xiàn)集成塊布局和孔道網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)形狀，實時進行集成塊上布局和集成塊內(nèi)布孔的碰撞檢測，借助孔道網(wǎng)絡內(nèi)部桁架結(jié)構(gòu)虛擬漫游，在擬實的集成塊虛擬設計環(huán)境中進行自然直觀的人機交互設計，使虛擬設計場景不僅僅是設計結(jié)果的展示手段，更有效融入集成塊設計流程并成為集成塊設計的有機組成部分。 第四，深入分析集成塊優(yōu)化設計問題，建立集成塊優(yōu)化數(shù)學模型，規(guī)劃集成塊優(yōu)化設計中各個典型環(huán)節(jié)，討論其相

8、互支撐關(guān)系與實現(xiàn)方法。在對基于小生境遺傳退火算法(NGSA)的優(yōu)化設計、基于人智的集成塊虛擬設計與基于功能塊的集成塊智能設計三種設計模式分析的基礎(chǔ)上，給出了虛擬環(huán)境下人機結(jié)合的集成塊智能優(yōu)化設計實現(xiàn)方式：在集成塊虛擬設計環(huán)境中，以工程數(shù)據(jù)庫為支撐，以人機結(jié)合的NGSA算法為內(nèi)核，借助布局布孔智能體的引導，采用基于功能塊的虛擬分層設計降低設計難度，實現(xiàn)了自動設計、半自動設計與人工設計三種設計模式的結(jié)合，以及計算智能與設計人員智能在真實感虛