计算机辅助液压集成块设计的技术发展

摘要：文章对计算机辅助液压集成块设计软件的技术发展历程进行了划分，并讨论了在各个发展阶段的技术特点。

在液压系统设计中，集成块是将系统的各个功能阀块的通道或管路联接的主板;它不仅是液压原理图在三维阀块上的联接映射，而且根据功能阀块的安装条件和集成块的制造工艺进行了扩展;集成块的设计是一个由已知功能阀体、自下而上的装配设计;设计中不仅考虑功能阀块在集成块的某个表面的安装布局，而且需要通道在集成块内部的空间布局;不仅需要考虑通道的联接效率，而且需要考虑通道质量和加工的工艺条件。因此，集成块的设计是液压系统设计中一个较为复杂，且具有一定优化空间并带有挑战的设计任务。

液压集成块本身的主板特点决定了它是一个由系统的数据支撑并需要设计者进行设计的复杂设计工作。一个优化的设计往往是经过多次的反复设计才能达到，设计者需要根据设计的资料和设计的具体要求，制造的客观条件进行。优劣的设计往往在阀块使用的材料大小、设计和制造的成本、通道的压力损耗以及制造的实现方面存在较大的差异。这就要求设计者所采用的工具必须对设计、修改、编辑和再设计有强大的支持能力。

计算机辅助设计技术的发展为液压集成块设计工具的不断变革创建了实现的基础。计算机辅助设计技术的本质是将人和机有机结合，充分发挥计算机的优势，并给使用者最直观的设计界面、最方便的设计工具以及最快捷的设计方法。对于液压集成块的设计工作来说，它需要一个设计数据的支撑，需要进行适量的计算，需要在三维空间进行并给以设计者直观的几何反馈，需要通过反复修正和对大量数据进行快速、准确的检查，这些都使得计算机辅助设计即Computer Aided Design技术成为液压集成块设计工具的重要需求。当然，在这个领域中也有一些研究是关注全自动或部分自动优化的设计方法。但这些研究期望的是AD，即Automatic Design，应该已偏离了计算机辅助设计的基本点。目前看还没有可以达到实际应用程度，只是一种可以探索的研究。

综观计算机辅助设计技术在液压集成块设计中的应用，其主要发展轨迹如下：

以二维线框技术为基础的设计软件;

以二维线框技术或二维图形为设计界面，结合三维图形显示的设计软件;

直接在三维设计环境进行设计的设计软件。

在第一个阶段，设计的应用环境是二维的线框绘图环境，阀块视图和设计的图形是线框构成的。软件可以将阀体的投影图形做成图形库，方便设计者进行调用。采用二维线框图形进行集成块的设计对设计者有较强的要求，包括空间图形的想象力;阀体是否干涉、孔间距的检查等必须依靠人力进行。设计的图形是由线条和圆弧组成，没有实体特征的概念和意义;在设计效率和方法上与传统人工依靠图纸方式相比没有实质的改进。这个阶段的设计软件实际上受限于计算机图形技术、计算机以及计算机辅助设计技术发展的水平，从目前看在实际应用中已不多见。

软件发展的第二个阶段是在设计中增加了三维集成块图形的显示与浏览。通过集成块表面的视图上进行设计或通过面上的阀体布局进行定义，并通过工程视图的关系连接阀的通道。有所不同的是借助于三维图形环境显示集成块的联接孔以及工艺孔，使得设计者在设计过程中可以直观浏览集成块的三维视图。由于设计和交互是通过二维平面进行，在技术上仍然局限于传统二维设计的方式。设计者在三维模型视图中只是进行浏览操作，需要进行二维和三维之间的切换。因此这类应用平台在设计效率、设计环境方面基本上没有本质上的提高。

最新一代的设计方式是完全在三维的计算机辅助设计的环境中进行的，比较有代表性的是MDTools集成块设计软件。其充分利用了计算机辅助三维建模和人机交互的设计环境，并结合阀块设计的专业技术。设计者操作、设计、修改、观察等一系列的工作是直接在三维集成块的模型上进行，设计的结构树是按照集成块的每个面、面上安装的阀体、孔腔、工艺孔等进行定义，形成面向对象的操作服务和数据，更好体现了液压集成块设计的专业性。

其优点体现在：

1. 建立在常用三维设计软件基础上，用户有统一熟悉的使用环境;

2. 设计、浏览、修改直接在集成块三维模型上进行，无需二维三维切换操作;

3. 设计检查基于三维实体模型，具有准确方便的特征;

4. 设计结构树按照集成块的面、阀、孔进行定义，便于操作和修改;

5. 不仅设计操作，而且设计检查、工艺性检查均基于三维模型，因此设计的模型信息最完整;

6. 工程图和加工图是根据三维模型投影获得，并与三维模型参数关联，而不是传统二维视图驱动三维浏览图形的模式;

7. 由三维孔腔特征构成的集成块模型可以直接通过可加工特征识别技术产生集成块数控加工的代码，达到无图加工的水平;

8. 在阀体模型库的支持下，便于实现集成块的自动装配体的建模。

总而言之，计算机辅助液压集成块设计软件的应用目的是为了帮助设计者提高设计的效率、降低设计的复杂性、避免设计的错误，并最终降低设计制造的成本。在液压系统设计方面一般采用计算机辅助进行原理图的设计，并在统一的阀体符号和模型的数据库支持下实现从原理图到集成块设计的集成和集成块数控加工的集成，而本文讨论的重点只是液压集成块计算机辅助设计的技术演变。