面向对象的计算机辅助设计(CAD)的液压系统设计
面向对象的计算机辅助设计(CAD)的液压系统设计
本文主要介绍了用来设计和实现面向对象的计算机辅助设计(CAD)的液压系统的一种新的方法。这是一个智能CAD计算机辅助工具,来帮助液压工程师设计自己的系统。该工作主要致力于一个新的class- modelling的方法的CAD系统对象模型。该方法也可以为现有模型提供更为严格的液压回路和部件,以避免错误。而且对液压系统的物理数据也被其它数据模型所应用,即流体动力系统装配问题,这里做一个简要评述。例如,用一个深拉的压力测试,来说明计算机辅助设计(CAD)系统的有效性。
关键词:面向对象模型、智能计算机辅助设计(CAD)系统、液压回路设计
1 介绍
目前的方法有着广泛的应用前景应用于计算机辅助设计(CAD)为简单液压系统。大多数的专家系统应用于设计建立了液压系统无论是以规则为基础的或者是以框架表示。其主要缺点是：基于规则的形式化会比较困难的代表
异常信息,所以,知识在进一步扩展成为庞大的和整体的系统的行为是很难预测的,而且这些规则是结构独立。其主要缺点：定义表示是比较有难度的因果关系，互动对象之间的关系,因为每个对象是被动的,通常是驱动推动引擎。那些帧并不能开动其他对象。在这本文是建造一个新计算机辅助设计(CAD)方法对复杂液压回路的设计，并且是基于面向对象技术算法。
2 为液压设计问题开发的一种新型CAD方法
液压回路的设计过程一般包括一个可能的电路布局和素描选择合适的液压元件。液压的基本功能系统主要依赖于回路,而电路的性能主要依赖于尺寸和不同类型的液压元件。在实践中,液压系统设计不是建立在从零开始的,许多设计师要解决这一问题系统，然后再设计子系统中每个电路模块或指的是许多已经存在的、有效的设计。通常,这样可以有效的在现有电路和子系统上采用了经过仔细调整子系统组件。在调整的方法整合的基础上确定设计师的设计经验。每一个设计电路仅仅是理论上的合理;微调的液压元件是必要的为测试和调试后的实时系统的建设。
该方法可以更有效地完成计算机及其辅助的一个有效的数据库及其管理系统。然而,如果所有的液压系统在工业都要求在传统的模拟数据库格式中，由于结合液压子系统及其变化规律组件，将大量的信息被指定为并储存整合。另外,在他们的之中工程数据各种各样的数据类型应对于一个复杂的关系。面向对象表示法的概念介绍了人工智能的主题。有许多论文讨论面向对象的知识库的方法,并且应用不同的设计域名。张教授提出一种利用面向对象的知识应用于液压设计。在面向对象的层次结构中，他只定义了一些标准的液压元件的参数。每一个定义的对象是一套静态数据,同时也被要求生产一定规则,这是一个叫设计方法。 因此许多设计规则还待要求。对于复杂的设计问题这不是一个有效的途径。
面向对象技术的最新发展有了一个新的方法来实现液压设计。特别重要的是面向对象数据库中的（OODB）提供一个强大的知识循环能力,以及复杂的数据定义。这种新学科在本文采用是代表各种油压在解空间的电路分解成液压元件和标准组件,这是代表和储存在一个面向对象的数据库作为一个活跃的格式设计文库。
在该体系结构,设计说明书分为功能需求、绩效目标和要求。功能上的要求来讲,一个基本功能是从面向对象的数据库来设计框架概括。通过这个函数骨骼方案,然后映射到合适的目标其要么能代表液压元件,或能满足性能目标和约束。映射的过程功能(通常指守则和属性值存在的功能)液压元件直接相关的能够表现其目标和约束。它的解决的办法是重新合成形成的得到的及其设备。可以通过由参考一些调整或设备,以及交互作用的每一个，该设计方法,建立了与一个面向对象的表示,是能够提供的以下功能:(1)一个模块化程度高;并且具有柔性化建模和容易改造；（2）通过减少对信息冗余技术产业,从而形成一个设计紧凑的文库；（3）通过利用概念封装从而保证数据独立和安全；（4）由于层次结构的对象模型，数据记录的时间比较短；（5）一个基础设施以及支持其它流体动力系统的设计活动。
3 面向对象建模为液压系设计
建立一个面向对象数据模型为代表设计解决方案,开发过程可以借一些国家的面向对象的软件开发思想的流动方法。目前,常用的方法是面向对象软件的开发，实质-联系的模型是基于诸如Coad和Yourdon,Booch或对象建模技术(OMT),但没有一种单一的方法能发现自己本身的不完整。无论如何这些方法,他们开始从识别对象和种类这个问题领域,然后识别别的语义和这些种类以及对象之间的关系,以及最后实施。在发展过程中基于液压应用设计算法提出了在可分解成以下选择步骤:
（1）识别所有可能的和有效的电路在问题领域一个电路的抽象级别。
（2）分解电路模块/子系统。
（3）识别这些子系统的性质和小组按照共同的特征,进入课程。
（4）识别组件对象从鉴定模块/子系统,并重复步骤3在液压组件的抽象别。
（5）确定课程和对象的关系。
（6）设计一个课程,面向的对象数据模型。
（7）指定接口和实施类和对象。
3.1 液压回路的分析与鉴定
一般来说,液压领域比较少模块除了电子电路,所以很难找到一些现有的子电路,满足实际需要的互换和可重用性。此外,如果一个电路分解通过传统单功能分解方法,会有很多冗余和矛盾配置。在许多真实案例,一个速度控制神经元结合子电路定向控制经常导致电路,可以两个都要速度和方向控制功能。通过参照许多液压回路,通常一个适当的子电路自卫两个或两个以上的功能,比如一个再生的电路至少有一个定向控制功能加上速度控制功能。此外,液压系统也可以容易被定义为使用一个动态的概念模块,找到一个固定的子模块代替。 动态模块显示,子模块的概念可以分解成一个网络功能块的一些条件连接。面向对象程序设计的原则完全支持动态模块的概念,因此,他们可以表现为对象。
广泛的分析多种液压实用电路,加上丰富的水力设计的经验,一个新的
分解的概念(图1的一般液压回路)算法。 液压回路可被看作了建筑的基本功能电路(如再生,预填和同步电路)、二次调整功能电路(如减压和压力减少电路)和电源电路(如压力控制电源,恒功率供应)。各种液压应用定义出不同的初选功能和次要或者调节功能作为他们的默认的功能。子电路检索的中功能取决于用户提供信息驱动电路的计算参数为基础功能(通常是流量、压力和成本因素各主要参数确定类型的电路其中,）和部件之间的相互作用电路。
图1 液压回路的合成
3.2 现有的有效的液压造型子系统
不仅仅是代表一个子系统使用符号;还有许多因素需要考虑。现有都是仿制子系统作为复合对象封装设计规范及组织面向对象的层次结构支持的财产产业。一个现有的子电路 能被表示为:
这里的集合C代表通用零部件已可在设计文库中。每个sub-circuit只有提供合适的指针及预先设定的组件,这些组件是它们本身确定的细节组件类。1是这条赛道的接口。它由外部的输入/输出号码的特点,电路的位置,比如说明了接口位置在图2(a)。
F的特点和及其运行条件的设计,这是最基本的在选择子电路索引属性,并保证选定的子电路,不会无法运行而受限制。在一个实施中属性或许是编码形式的整数,漂浮的点或线。
一个表示集电路的性能属性特色,它通常指方法和公式计算子系统的输出参数。对这类的属性，生产规则和数学函数是比较好的实施工具。
美国(网表连接信息描述)的内部构成本文的形式。文件格式网表常用于当前CAD工具在设计电子板。Inter是由不的描述设计的和其它组件的约束和分支电路交互作用。而我们的目标是确保兼容性模块,并消除非法组合。互动审查程序主要有赖于检查系统参数、种类关系和类名。为矛盾关系实施类别,其相互牴触类的名字都封装在相应的模块。每当一个合适的模块被恢复,它就会开动内部开关的自相矛盾的“信息传递”。
一个例子的关键性能的常用类型面再生电路见表1和图2。图3显示的数据模型如这些再生电路在此基础上构造了面向对象技术的特点,该模型分为子系统和组件层。在3.4节该技术用于模型讨论。
a.位置控制 d.定向阀门控制
b. 逻辑单元控制 e. 简单的阀控制
c.压力控制 f. 比例速度控制与线性可变的
差动变压器(LVDI”)速度反馈
图2 一个普遍的类的例子,现有的有效再生电路液压
3.3 造型的标准液压元件
标准的液压元件的组织系统：(1)系统参数,如流体类型,流量,操作压力等,(2)特殊组成要求,如尺寸、重量、成本、可靠性,其姓名符号在图纸,等等。(3)特殊组成功能,如图形显示,检索算法适合面向对象数据库目录组件,(4)稳态特性。在台上的组成部分选择,一般来说一个合适的对象一旦收到一封来自它的抽象类会自我重新获得补偿。每一个抽象类封装的一些措施可以确定适当的讯息路径子类,基于输入参数或信息。不同种类的组成元件有多种成分上浆方法。例如:理论生双大小缸推动负载并且具有一个返回线压力相等大气压力取决于以下关系:
这里D是活塞直径（m），P是操作压力（），F是最大负荷（N）而0.95是
水力-机械摩擦的指导系数。然而,实现平等的延伸和回缩速度再生电路,活塞面积之间的比率面积等于2。如果一个再生的电路想要转会申请,则杆直径为一个单一的杆双动气缸FIP是公平的。
然后,由于对工作压力的限制。最后,圆柱杆尺寸检查对屈曲极限,是基于欧拉公式安装方法。事实上,类型和尺寸的方法气瓶多样是根据具体类电路,从而使气缸对象通常被认为是的部件之一的。在环形课题上也有在指针连接适当的上浆方法。
数据,作为一个标准的选择目录组件。通常指的性能数据实证操作曲线由制造商提供的目录。简单的关系可以描述由适当的方程,发现利用系数最小二乘方法。然而,对于代表复杂isoefficiency approximarion Btzier-Bernstein的方法选择这三个不规则的变量之间的关系。根据这个方法复杂的特点,可以存储,以最大与最小值沿x轴和y轴,x和y区间,并提出了相应的数据沿z轴。Isoefficiency线总是存在于一些部件,如变量泵或液压马达,众所周知,有必要为了获得更高的效率优化利用，他们被用于识别那些操作条件。
此外,每个阀门的对象还捕捉了身体上的问题信息的应用扩展液压电路设计系统装配设计在另外一个国家项目。物理属性是阀门的边界,阀体尺寸、阀口的位置、阀口直径、固定孔位置和直径。
3.4 建设面向对象模型
识别的关系和语义是目标识别的工作原理基础上的元件和子系统。其优点实:（1）提供之间的一种连接功能和结构。实现一个功能是通过一个物理设备评价的工作原理允许识别有前途的课程的通用设备或子电路组件没有通过检索大量的目录组件或子电路组件。（2）增强可读性的系统。（3）提供一个独特的框架体系维护和扩展。
换句话说,子电路组件或部件具有相同的功能模块划分为高级。这些模块通常指一个抽象类,包含了许多虚拟功能和共同的特征。然而,文摘将不会产生任何物体，再生电路例如,抽象类的气缸。如果对象模型构造发生不小心考虑，这
问题的技术的滥用可能被禁止。例如下面例子,如图4(a)。假设一个类部件或子电路组件物体1，它有T1和功能属性F1(P1 < T1、F1 >即一个类的课题/对象)，同时一个类别的部件或子电路组件物体2具有T2和F2。如果两个课题,例如1和2,却有着相似的特性,该对象模型将通常是建立在下面分级形式。一个抽象的课题将会被得到分享它们共同资源的机会。所以课题将同时具有课题1和课题2的特点。（例如，）。同时被当做是，分别包含了的一些额外的设置性能。一个新的类部件或sub-circuit是创建对象ADD,再加上本身的资源，从而ADD和1和2具有相似的性能。ADD的流函数是和1和2不同的课题,即使函数的名称都是相同的。使用
Eiffel的风格将继承ADD课题,同时定义的差异,导致了重新流动功能。通过重新定义的功能实现图 4(b)。这个问题的在种类结构上是,随着一个物体在ADD上也是一种物体在,它可能有两个“流量特性”和函数定义。实施object-searching
在第二章提出的概念,是极为困难的。计算机知道哪些流量特性功能被提到。这个问题在c++是可以实际进行了论证实现的(图5)。
图4 重组的一个新的种类阶层结构及一个后来补充说明的ADD
class
{ public:
int pressure;
void display( ) {...};
float flow( ) {return (pressure * 1.3972);} //实现流量1特性的功能。};
class I : public
{ int max_rpm;
public:
1( ) { pressure =100; ..... }//构造函数对象的默认的压力限制100磅};
class 2: public
{ public:
2( ) (pressure = 140; ...... }//构造函数对象2的默认的压力限制140磅};
class ADD :public
{public:
ADD( ){pressure = 210; ..... }//构造函数对象ADD的默认的压力限制210磅
float flow( ) {return( pow( pressure, 2 )*2.583);}//实施两流量特性的功能};
main( )
{
et *p[2]; //这个模块和搜索指针,它属于抽象类
p[0] = new 1( ); p[1] = new 2( ); p[2] = new ADD( ) ; //构建物体
for(int i=0; i<3; i++)
{ if(p[i]->pressure > 200)
p[i]->flow( ); }
}
//从第一层搜索
//搜索的方法得到第一层找到一个组分极限压力大于200磅
//实施1参与,这是一个意想不到的实施。
图5 一个意想不到的实例通过使用c++实现了一个函数
实施2是被称之为调用执行的问题。这是一个有许多程序员的所期待的。然而,在c++中实施1常被作为代替.一个更好的分类结构可以通过面向对象划分的概念。考虑上述例子;这类可被划分的面向对象的1和2以及ADD,在这里ADD=-1-2.为了实现概念、原类都应当被重组使用，必须满足下面的关系(机制):
........
这里，；；
；；
而下标1,2,3，…n，代表着编号。代表一个抽象类型。（ADD）代表的是一种新的类型。
上述重组机制的扩张已经证明，满足下列性质。
性质1：lnvariance的功能
；
；
…… …… ……
；
；
性质2:独特的位置实现
性质1的目的是确保时在重组不改变功能。性质2是独一无二的定位的功能,为实施一个课题这是非常重要的原因,每个属性和功能都被定义为一个而且仅仅是一个课题。因此,一个功能可以通过合并所有的其他的在派生类的功能。运用
以上机理的例子,误差是可以被消除的。
例如：
；
；
；
；
；
；
；
；
；
。
实现的方法是对前面的例子只是改变代码正如课题显示如下。
class a
{ virtual float flow( ) {return (pressure*l.3972);} //实现流量特性1的功能。}；
回顾了图3再生电路模型,阀门是衍生成标准的、逻辑、伺服、比例阀。运用上述类分区方法,这类阀可以很容易被发现而没有任何混淆,它可以被看作是一个抽象的类,这等于标准配置阀门+逻辑阀+伺服阀+比例阀的概念,而不是使用子类(例如,伺服阀通常认为是一个种阀)。对于一些子系统,他们的功能关系不清楚,所以在液压很难组织一个类层次中的子系统。不过,如果液压子系统被看作是修正一个或多个简单类型的子系统，这个问题可以是解决。例如:一个双泵电路可以视为是修改一个单泵供电线路。 它可能更直接的形成了对象模型。一般的方法是把子系统涉及基本/常见的/最少数量的成分是一流的,然后修改一些的派生类简单的子系统。然而,而滥用问题也出现在覆盖技术这个结构。因此,不是每一个函数可唯一地定义。另一个问题是,每个液压子系统是一个集合体的原始对象(即液压元件)。在某些情况下的一些复合对象的顶部
不同于他们的子类,他们的派生类将继承一些不必要的复合对象,并作为一个结果会而造成错误的对象。图6描述了两种子电路组件类,A和B,在B被认为是
A的一种修改,A和B的复合对象的“元件X”和“元件Y”对象和“元件X”和“元件Z ”对象；这两类也有同样的相同的功能,但具有不同版本的显示功能。图
6(一)表明,B类在这样一个类对象X结构中继承一种不希望出现的组成部分。而这些问题都是在c++中,真正得到了实现。一个更好的在类型结构也可以通过上述这个概念划分。改进后的类别结构[见图。同样的例子6(b)]是使用下列关系得到(机制):
；
；
；
；
；
；
C —— 一个新的抽象类型。
上述类型关系的性质也完成了:
不变性的功能：
例如：
（2）唯一的安装位置：
例如：
；
。
图 6
运用上述方法,可能会有更多课题改革。然而,这些课的关系变的清了。此外,
一种类的功能可以非常容易地获得先前种类的功能的。作为每个功能仅出现在唯一的位置上,执行功能的位置和它的细节可以被轻易获得的。相信上述块工作可以作为面向对象引用设计,并提供一个潜在的实施机制自动类型的重建。然而,系统的可读性应当被考虑到，以避免产生一些不容易读懂的类别。
4 简要介绍了CAD系统的结构
CAD系统结构如图7 。 它包括一个面向对象数据库,一个物体服务器对象的操控管理,一个电路的设计方案。这程序包含一个推理机制整合知识对象,这是一个专用电路设计规则。这些规则的目的推导出了从设计到液压系统的要求规格的不同应用。比如:如果一个较深的压力被设计,然后负载型的执行机构设置为“垂直推负荷”,并以三相电机为原动力。液压系统设计知识和应用一般是分离的
其结果依赖于计算机辅助设计(CAD)系统知识的灵活性。只有液压应用的改变
需要专用知识库的变化模块。为持久对象的存储目录这些器件构成的等级上,链接到的数据模型上。在此基础上提出的的第二部份电路设计，液压系统能自动合成电路。电路设计过程开始从设计的输出驱动,其次是设立的力量流动和信号流程,选择不同的控制单元和发电单元。如图8详细描述液压电路设计程序。在设计一个液压系统,其最大操作压力的一个定义系统将根据如表的类型。以及预设值的检索应用知识。
通过用户界面上，根据用户要求确定数量的组输出要求和必要的规格的致动器,两个压缸或液压马达。每个气缸的负荷中风速度、每台电机转矩的与扶轮
速度,计算的关键参数最大值流量系统。此外,，如果必要的设计师们正有时需要输入序列的运动致动器,并注明团体的执行机构同时路径。主要控制一切致动器是直接从面向对象数据库,基于匹配的规格的功能（F）子系统的系统要求,如果必要的可以用旁边的选择调节控制。调节控制(如压力和流量控制)会补充主要电路。这是选择驱动泵源的特点所选择的子电路组件主要功能。不同泵都有自己的压力和流量特征;它是合理的结合起来,形成一个主要泵来供应来源不同泵机组。从图8它可以观察到,有一个循环互动的检查每一对子功能过程之间设计模块,是为确保每一个子电路设备选择没有矛盾和消除与复制函数控制。有时会要求使用者替代性选择决策,在设计过程中,这样的在使用压力仪、不同类型的冲击每个阀门的接口,这些可选的可用性在很大程度上取决于所选择子电路。
之后,所有的控制阀门,其大小将根据流量选择和操作压力系统。实际模型数量和阀门的尺寸被定义为在持久的对象存储在数据库中。最后一步是确定其他附件例如油箱、冷却系统与过滤系统等。然后一个完整的原理图电路图可以借助包含子电路和组件块图图形库。
该电路的设计方案，还包含一个从示意图和指定的液压元件来捕捉模块捕捉的连接信息。信息在网表的格式输入到另一个项目，形成液压系统的总成设计。
5 应用实例
在本文中一个原型CAD系统的一类液压压力系统，通过用C++和运行在Auto CAD绘图软件平台，已建成实施概念。液压机可分为多种类型，如锻造，共混，绘画，等等。每一个都有其个人标准液压结构，加上一些常见的共享现有的子电路。本部分阐述了CAD系统用于原型设计一种实用的工业液压系统。对减少CAD系统的复杂性,子电路组件是通过组件的简单的代码代表对象身份,类名和属性价值,以便于符号匹配的过程。系统实现,是一种既能推荐适当的液压回路的大小和组件,一旦接受一个允许CAD系统的设计规格。如图表2是输入规格为50-ton冲液压机。
5.1 讨论的结果
图9显示了电路结构和主要的元件尺寸建议由计算机辅助设计系统CAD。这里，主要执行器是第一套垂直推动负载，快速前进的控制和低压力控制的默认功能。流量控制和压降调节功能是用来实现预期的性能的气瓶,因为一个深拉伸至少有两个气缸压在不同的工作压力,提供一个泵源。
表2 输入规格的50吨液压拉深压力机
模具顶针：0
每天运行时间：24小时
默认为拉深压力机序列没有引射：A+
P1：T1B，A-，B+
备注： 延迟时间（）
压力开关
+ 制动器机构前进
- 制动器机构后退
（）：（） 触发信号：运动
遍历了执行机构通过设计搜索后,一个再生的位置控制电路被匹配主要功能为冲压气缸。模具缓冲机构气缸组是一个简单的方向控制子电路结合减压阀组和流量控制的阀门为实现初级和调节功能。为满足最大操作压力的限制,由低到高
压力要求和经济效益的条件下,一种高低压供电子电路如图9所示的封闭区域是选定的供电模块。在这里有关的主要组成部分的大小，气缸的类型和大小都是第。
图9 通过计算机辅助设计（CAD）系统设计的拉深压力机液压回路。
一个推断随后的供电单元。内部和外部流速分布在每个子电路选择计算中，根据其定义电路特征，和这些参数作为信息传递给对方。这些信息,加上操作压力的限制,很重要的内部部件大小的选择和其他子系统。参考图9，外部输出流量选定的位置控制再生电路用于选择泵电路。其内在的流量是用来确定RGV1，RGV2和RGV3尺寸的阀门,每个选择阀门已检查与许可的流量限制在计算系统参数、使用
个人绩效实证数据封装。
结果产生的CAD原型设计系统已建成，并验证了按照符合规定的规格的水利工程单位。结果在与图10的设计进行了比较，其目的是由一名经验丰富的工程师实际上是已采用工业产品。这一些组件用于图10的内容远远不止这些用于图9。图9中的设计采用再生电路提供高速运动与节能的考虑，而在图10只有选定的大型低压力泵控制，从而形成大尺寸的原动力。因此，从长期的节能和元件成本考虑，设计图9是比在图10中的较佳。
图10 由经验丰富的工程师设计的拉深压力机液压回路
除了提高其设计和品质草案之外，其另一个贡献是CAD系统减少设计时间。专家通常花一两个月完成这类设计，而计算机辅助设计（CAD）系统，只需要几分钟。本主要的困难是找到适当的设计手册有效的子电路部件和很多目录以及手册，尤其是在选择子系统的时候。这是因为定义子系统没有标准化，并且甚至对于专家来讲发现和理解性能的每一个有效的候选子电路是一个耗时任务。此外，本计算机辅助设计系统是不局限于某一特定液压应用程序。而是采用面向对象的编程原则，应用程序可以以最小的修改改变，补充和修改该组件并且现有的子电路可以容易纳入计划。事实上,在这个原型系统对象使用有一些对象重用开发为气力时序电路设计进行了研究。此外,面向对象的方法项目可以提供给液压系统工程师比基于规则的,以及设计方面的知识的新的思维形式。
6 结论
这项工作已经涵盖了混合的人工自能、面向对象技术和CAD技术建设的系统
并且有能力解决问题的结构设计。这提出了面向对象的方法是一种新的方法电路设计。如果概念的基础上,采用动态模块液压系统识别物体它已经被证实是成功的工作,而且复杂液压应用领域是十分有效的。在文献中发现了组件细节考虑和建议在这个CAD系统相比其他更为广泛的液压应用的专门系统。此外，该重建原则使类型结构液压电路和组件具有不定义错误。该系统将进一步扩展处理流体动力系统装配问题。
声明——作者要感谢曼内斯曼博世力士乐（中国）有限公司员工在核查的系统的帮助。这项研究是由香港理工大学研究，批准号为：341 /165。
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