液压CAD及仿真系统的设计

　　1 引言

　　随着液压系统研究的不断深入和应用的日益普及,液压系统设计已成为机械系统设计的重要环节。液压系统原理图绘制是设计液压系统的基本步骤,是连贯草图构思、方案选择、参数计算、仿真分析直至完成精确设计的纽带。近20年来, CAD技术有了很大发展,生产商从开发通用的CAD开始,逐步地向各个具体行业的CAD细化。液压CAD也在这个进程中逐渐发展起来,从原始的单纯的图形绘制,到仿真功能的集成,功能越来越完善。通过仿真可以得到液压元件或系统的动态特性,例如过渡过程、频率特性、响应速度等。仿真已成为研究和设计液压元件或系统的重要组成部分,对于改进液压系统的设计具有重要意义,有成为液压CAD系统不可缺少的一部分的趋势。在吸收了近年来先进的计算机新技术后,本文提出了一种基于面向对象技术以数据库为底层存储平台的液压CAD系统,其工作流程如图1所示。

　　2 液压系统CAD设计平台

　　液压系统CAD部分是设计、绘制液压原理图的基本功能模块,能根据仿真模块的反馈结果优化元件参数,修改初始设计。CAD模块调用元件类库生成液压系统的树状结构。

　　2.1 液压系统结构树

　　产品信息模型决定了软件的扩展性、兼容性和稳定性,该能覆盖液压系统整个生命周期,方便应用于液压系统CAD设计、仿真、现场控制等环节。产品设计过程是一个产品信息由少到多、由粗到细不断创作、积累和完善的过程。因此,产品信息模型应能将来自不同阶段的产品信息包容在一个统一的信息模型中。本系统采用结构树来表达产品的各项数据,如图2所示。树的节点是功能模块,叶子是各具体元件。

　　2.2 液压系统CAD

　　液压系统的绘制主要是液压元件的绘制。液压元件的绘制一般采用元件图形符号库的方法,用户拖拉图形符号向液压系统中增加元件。其缺点是图形只是一个符号,在数据结构上与元件是分开的,没有采用面向对象的思路,还是过程化的程序+数据方式。如果采用完全的面向对象方法,把向液压系统中增加元件,看成向产品结构树中加入元件对象,元件对象的绘制由元件自身的行为完成,这样就能把图形的绘制集成为元件的操作,便于仿真。

　　元件是对实际物理液压元件的抽象。液压元件的多种多样,决定了元件是内容庞大的类库。元件类库为树状层次,如图3所示,最顶层是元件基类,从CObject派生,概括了所有液压元件的共同属性和全部操作。按照面向对象的派生和虚拟函数、多态性和重载等手段,每种具体的元件处于叶子层,其属性经过层层扩充,已经能具体地表达元件性能指标;而操作也具体到对图的绘制、属性合理性检测、对文件的序列化、对数据库的序列化、状态转换、构造等。元件类不但要处理前期设计的输入信息,还应能处理仿真过程的中间信息和结果信息,因此信息模型会随着用户使用过程的推进逐渐丰和完善。元件中信息内容的变化可以总结成6种状态,用户设计时元件对象就在这6种状态间转换[1]。