液压集成块集成化智能化设计理论与方法

发布时间：2020-05-25 12:15

【摘要】：液压集成块是集成式液压系统的关键部件，由于其外部液压元件布局和内部油路连通的复杂性和强耦合性，传统的人工设计方法难以完成复杂的液压集成块设计，无法自动生成和优化设计方案，因此研究液压集成块智能设计方法，并开发相应的设计系统成为当务之急。本文面向液压集成块集成化智能化设计问题，采用面向对象方法建立集成块油路动态特征模型，并采用多目标进化算法实现液压元件布局和集成块油路连通设计，取得如下研究成果： (1)在阐述液压集成块设计问题的基础上，提出了基于分层递阶解耦的液压集成块设计策略及实现方法，包括液压元件布局优化设计、油路路径智能规划和油路动态特征设计三个层次，实现由粗到细的液压集成块设计。 (2)提出了油路动态特征建模的方法，以几何层、拓扑层和参数层描述油路动态特征；并将油路动态特征模型与路径规划集成，将无冲突油路视为障碍，利用优化算法局部规划冲突路径，实现局部特征修改和油路拓扑结构自适应可变。 (3)在利用布局规则或布局实例对液压元件进行布局的基础上，对液压元件参数进行编码，利用改进的NSGA-Ⅱ算法进行优化计算，通过调用油路拓扑模式，快速计算油路长度和工艺孔数等目标函数，实现液压元件的粗布局设计。 (4)在利用网格法对液压集成块进行环境建模的基础上，提出一种新颖的混合算法MA-NSGA-Ⅱ，以迷宫算法实现路径连通与确定初始种群，以改进的NSGA-Ⅱ算法实现优化路径生成；对多油口油路，则将其分解为多个两油口连通油路，采用组合编码、分段进化的方法进行优化求解，实现油路路径的详细设计。 (5)在上述工作基础上，基于SolidWorks API、VB.NET和Microsoft Access数据库开发了液压集成块智能优化设计系统HMB Designer，并以具体工程实例验证系统的可行性与有效性。 上述研究成果丰富了液压集成块集成化智能化设计理论与方法，所开发的液压集成块设计原型系统有效提高了液压集成块设计的效率和质量。
【图文】：

液压集成块优化设计问题是典型的 NP 完全问题(NP-completeness problem)，采用一般的优化设计方法因影响因素过多很难设计出较好的结果。图1-1 液压集成块装配模型液压集成块设计主要是液压元件布局和油路连通问题，其核心是液压元件和油路模型的有效描述，以及优化方法与液压集成块设计问题的有效结合。因此，在对液压集成块设计过程进行系统分析的基础上，建立液压元件和油路特征模型，探索特征自身拓扑构型自适应智能可变的方法与实现技术，并改进相关优化算法，实现液压元件的自动布局和集成块油路的自动生成具有重要应用价值和实际意义。从广义的角度讲，液压集成块设计问题可理解为复杂空间管路布局问题，这对化学工业、船舶工业、航空航天等领域复杂机电装备的研发具有普遍适用性，因此液压集成块设计理论和方法体系的建立和相关研究成果

产品的设计过程是不同设计活动不断反复、交叉进行的过程，对产品设计过程进行建模和分析，有助于理解产品设计中信息的继承和进化。本章提出了液压集成块集成化智能化的设计思想，在详细分析液压元件和液压集成块油路结构特点和相关设计约束，以及阐述液压集成块设计问题的基础上，提出基于分层递阶解耦策略的液压集成块设计方法，即液压元件布局优化设计、油路路径智能规划和基于动态特征的油路设计等方法，突出以优化技术手段生成方案，以动态特征实现局部调整，并通过人工交互调整，最后形成设计方案。2.1 液压集成块集成化智能化设计思想液压集成块设计是以液压原理图为基础，在确定液压元件信息和油口连通关系后，进行液压元件布局和液压集成块油路连通设计，并对布局和连通设计结果进行有效性验证，如图 2-1 所示。用户需求液压集成块设计
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH137

【参考文献】

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1 赵柏萱;宁汝新;刘检华;;虚拟环境下的管路布局与装配仿真系统关键技术[J];北京理工大学学报;2010年08期

2 李卫民;谢里阳;;基于Solid Works的液压集成块虚拟设计[J];东北大学学报;2006年06期

3 田树军,李利,冯毅;液压集成块孔道网络优化设计[J];大连理工大学学报;2003年03期

4 刘占伟;滕弘飞;;基于人智-图形-计算的布局设计方法[J];大连理工大学学报;2006年02期

5 田树军;贾春强;王丹虹;刘万辉;;基于顺序优化的液压集成块孔道连通设计[J];大连理工大学学报;2008年03期

6 曹宇宁;张宏;田树军;王永安;;液压集成块装配过程仿真系统关键技术研究[J];大连理工大学学报;2009年06期

7 B.Pott,D.G.Feldmann,吴根茂,陈鹰;液压控制集成块的产品模型化——提高工程设计效率的一条途径[J];工程设计;2001年01期

8 叶冰,陈鹰;液压集成块三维参数化设计研究[J];工程设计;2001年02期

9 王占奎;陈锡渠;焦红伟;;基于遗传粒子群算法的集成块布孔优化及其实现[J];工程设计学报;2008年01期

10 陈鹰;路甬祥;;三维插装阀液压系统阀块计算机辅助设计研究[J];机床与液压;1989年03期

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2 李利;液压集成块智能优化设计理论与方法研究[D];大连理工大学;2002年

3 杨方飞;机械产品数字化设计及关键技术研究与应用[D];中国农业机械化科学研究院;2005年

4 钟一文;智能优化方法及其应用研究[D];浙江大学;2005年

5 范小宁;船舶管路布局优化方法及应用研究[D];大连理工大学;2006年

6 贾春强;插装式集成块智能优化设计理论与方法研究[D];大连理工大学;2007年

7 刘江省;面向管路系统设计的虚拟装配技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

8 冯毅;液压集成块人机结合智能虚拟设计方法与应用研究[D];大连理工大学;2009年

9 封海波;机械设备管路自动敷设设计方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

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1 孙志军;液压集成块虚拟设计平台的研究[D];东华大学;2005年

2 曹明;基于ARX的液压集成块CAD系统的研究与开发[D];中国地质大学;2006年

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本文编号：2680138