液壓集成塊人機(jī)結(jié)合智能虛擬設(shè)計方法與應(yīng)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(yīng)用廣泛。隨著液壓系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，集成塊設(shè)計難度隨之增加。因此將新技術(shù)與方法引入到集成塊設(shè)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(shè)計目前大多致力于應(yīng)用各種智能優(yōu)化方法進(jìn)行全自動設(shè)計，由于缺乏有效的人工干預(yù)，優(yōu)化過程沒有充分考慮設(shè)計規(guī)則和習(xí)慣，存在優(yōu)化時間長，設(shè)計人員還需對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行調(diào)改以滿足工程實(shí)際需要等問題；其次，集成塊設(shè)計環(huán)境可視化程度還不是很高，僅僅作為設(shè)計結(jié)果的展示手段

2、，設(shè)計人員只能從外部對集成塊進(jìn)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(shè)計環(huán)境限制了設(shè)計人員的創(chuàng)造思維。液壓集成塊設(shè)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(shè)計沒有提供有利的工具使設(shè)計人員真下融入集成塊設(shè)計中，設(shè)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(shí)際，從工程優(yōu)化角度出發(fā)，旨在通過對虛擬設(shè)計技術(shù)、計算智能算法、人機(jī)結(jié)合方法及人工智能的深入研究，針對集

3、成塊設(shè)計問題，探索一種人機(jī)結(jié)合智能虛擬設(shè)計方法與實(shí)現(xiàn)策略，創(chuàng)立開放式智能型虛擬設(shè)計模式和環(huán)境，構(gòu)建集成塊人機(jī)結(jié)合智能虛擬設(shè)計系統(tǒng)框架，高質(zhì)量地完成集成塊整個設(shè)計流程。主要研究內(nèi)容包括： 第一，全面總結(jié)集成塊設(shè)計問題特點(diǎn)與設(shè)計流程，明確提出集成塊設(shè)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(shè)計，可以歸結(jié)為一種復(fù)雜的立體空間布局問題。深入分析當(dāng)今研究熱點(diǎn)的各種布局問題求解策略，以工程優(yōu)化為目標(biāo)，提出了一種液壓集成塊人機(jī)結(jié)合的智能

4、虛擬設(shè)計方法：在集成塊虛擬設(shè)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(shè)計實(shí)例與設(shè)計規(guī)則的人工智能施加設(shè)計引導(dǎo)，借助自然直觀的人機(jī)交互方式，設(shè)計人員在優(yōu)化進(jìn)程中與真實(shí)感顯示的設(shè)計對象實(shí)時交互與探查，實(shí)現(xiàn)算法駕馭；充分發(fā)揮各自特長，實(shí)現(xiàn)設(shè)計人員智能與計算機(jī)智能在虛擬設(shè)計環(huán)境中的完美和諧的統(tǒng)一。詳細(xì)闡述方法可行性、構(gòu)造出發(fā)點(diǎn)、設(shè)計流程及其實(shí)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(shè)計問題的總體解決方案。人機(jī)結(jié)合智能虛擬設(shè)計方

5、法為集成塊設(shè)計提供嶄新的研究思路，對解決其它復(fù)雜空間布局問題也具有借鑒意義。 第二，虛擬設(shè)計環(huán)境是人機(jī)結(jié)合智能虛擬設(shè)計方法實(shí)施的平臺和支撐，虛擬建模是構(gòu)建一個虛擬設(shè)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)。針對集成塊虛擬設(shè)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(jìn)的B-Rep半邊結(jié)構(gòu)進(jìn)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(luò)模型，幾何引擎設(shè)計實(shí)現(xiàn)了CAD模型與

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

7、擬設(shè)計環(huán)境層次模型，實(shí)現(xiàn)集成塊的三維立體圖形實(shí)時動態(tài)顯示，精確展現(xiàn)集成塊布局和孔道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形狀，實(shí)時進(jìn)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(luò)內(nèi)部桁架結(jié)構(gòu)虛擬漫游，在擬實(shí)的集成塊虛擬設(shè)計環(huán)境中進(jìn)行自然直觀的人機(jī)交互設(shè)計，使虛擬設(shè)計場景不僅僅是設(shè)計結(jié)果的展示手段，更有效融入集成塊設(shè)計流程并成為集成塊設(shè)計的有機(jī)組成部分。 第四，深入分析集成塊優(yōu)化設(shè)計問題，建立集成塊優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，規(guī)劃集成塊優(yōu)化設(shè)計中各個典型環(huán)節(jié)，討論其相

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