基于智能虚拟设计方法的液压集成块设计

　　0 引言

　　液压集成块(Hydraulic Manifold Blocks,HMB)作为集成式液压系统的主要单元,由于系统组成的非标准性和所承装阀体及其相互连通关系的多样性,其外部是规格型号各异的阀类元件在各面上的紧凑布局,其内部孔道则构成十分密集而复杂的孔系网络,采用人工设计或一般的计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)方法不仅费时费力,也较易出错。目前国内外研究的各种液压集成块CAD系统,虽然在原理图绘制、孔道校核、实体造型和工程图输出等方面取得了很多成果,但如何产生最优的集成块外部布局和内部布孔集成方案这一核心问题,却始终没有得到良好的解决。

　　虚拟设计是以CAD为基础的。虚拟设计人员的设计思维可从过去的1维数字化信息转变成直接反映在真3维界面上的直观逼真的反馈信息,借助视觉、听觉、触觉、语音和手势等,与设计对象在虚拟的、具有沉浸感的环境中进行更自然、更直观的交互,完成设计方案的构思、实现和检验,大大提高了设计的合理性和可行性,并可方便地对设计的工艺性、可靠性、可维护性乃至经济性等作出科学的评估。

　　然而,虚拟设计过程由于缺乏智能性,更多地依赖设计人员的知识和经验,单纯应用虚拟设计进行诸如液压集成块等的复杂系统设计时,显得力不从心。

　　基于智能优化算法的智能优化设计是依据一定规则和策略进行的设计方案的自动寻优。应用其进行多目标、多约束和多峰值的复杂系统设计时,因计算工作只能按部就班进行,往往在一些明显的/无效0区域浪费大量的设计时间。加之运算过程基本上是/黑箱0式的,缺少有效的人机交互手段,且优化过程中得到的数据都以数字信息形式出现,使得设计人员不能即时发现和理解优化过程中发生的某些现象,无法清晰地了解和掌握设计过程,不能充分利用工程技术人员多年积累的丰富实践经验实施人工指导性介入,进而控制优化进程。优化时间过长,初始方案选取困难,容易陷入局部极小值。

　　因此,对于液压集成块这类特殊而典型的零部件,已有的CAD方法不能有效地处理和解决其设计过程中的一些关键性的技术难题。笔者认为,在液压集成系统CAD技术开发中,必须引入虚拟现实技术和现代智能优化算法,并将两者有机结合,以集成块布局布孔集成方案的智能优化设计算法为核心,以具有沉浸感的虚拟现实环境为人机交互界面,在开放的虚拟环境下自动实施集成块优化设计,这就是液压集成系统智能化虚拟设计新方法。

　　1 液压集成块智能虚拟设计方法

　　将智能优化方法和虚拟设计技术有机融合的智能虚拟设计(Intelligent Virtual Design,IVD)方法,是以虚拟设计环境为外壳,以智能优化算法为内核,以虚拟现实交互设备和智能优化算法的人机接口为渠道,创立适合集成块产品结构特点和设计规范的开放式智能型虚拟设计模式和环境,构建液压集成块智能型虚拟设计系统。该系统可实现：