本項(xiàng)目通過對(duì)設(shè)計(jì)與繪圖一體化技術(shù)的研究，將專家系統(tǒng)的思想運(yùn)用于顎式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)中，結(jié)合CAD技術(shù)，在Solid Works平臺(tái)上利用VB軟件建立了顎式破碎機(jī)數(shù)字化開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了顎式破碎機(jī)的快速三維參數(shù)化設(shè)計(jì)。
1、平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)
顎式破碎機(jī)數(shù)字化開發(fā)平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。
該平臺(tái)包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)及管理系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、用戶交互界面、設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核、腔形設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)接口和參數(shù)化繪圖等模塊。設(shè)計(jì)者由用戶輸入界面輸入顎式破碎機(jī)的初始參數(shù)后，在專家系統(tǒng)中進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行常規(guī)的設(shè)計(jì)計(jì)算、強(qiáng)度校核等設(shè)計(jì)步驟，最終完成顎式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)。
2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
2.1采用VB編程
平臺(tái)采用Microsoft公司的VB( Visual Basic)進(jìn)行開發(fā)。VB是運(yùn)行在Windows環(huán)境下的一種可視化編程語(yǔ)言，規(guī)則簡(jiǎn)單，功能齊全，使用方便，與各種CAD軟件有二次開發(fā)的接口，是數(shù)字化開發(fā)平臺(tái)的首選軟件。
Solid Works提供了API( Application Program-ming Interface，應(yīng)用程序開發(fā)接口)，是Solid Works的OLE（Object Linking and Embedding，對(duì)象的鏈接與嵌入）應(yīng)用程序開發(fā)接口，它由大量的對(duì)象、方法、屬性以及事件組成，可以在Solid Works API的基礎(chǔ)上，使用VB語(yǔ)言并結(jié)合專家系統(tǒng)的思想對(duì)Sol-id Works進(jìn)行二次開發(fā)，最終建立顎式破碎機(jī)數(shù)字化開發(fā)平臺(tái)的各個(gè)功能模塊。
2.2基于專家系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
專家系統(tǒng)使用了基于知識(shí)的程序設(shè)計(jì)方法，主要由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、解釋模塊及用戶界面組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)著領(lǐng)域的專門知識(shí)和通用知識(shí)，包含了大量的破碎機(jī)設(shè)計(jì)案例，集成了教材及領(lǐng)域設(shè)計(jì)專家的知識(shí)。知識(shí)的表示采用產(chǎn)生式表示法；知識(shí)的獲取采用向顎式破碎機(jī)行業(yè)中的專家提問，接受專家教導(dǎo)的方式，并將前人積累的知識(shí)輸入到系統(tǒng)中。
解釋程序能夠向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為，包括解釋推理結(jié)論的正確性以及系統(tǒng)輸出其它候選解的原因。
推理機(jī)根據(jù)初始條件進(jìn)行正向或反向邏輯推理。推理機(jī)根據(jù)顎式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)要求和工作條件，從數(shù)據(jù)庫(kù)出發(fā)，調(diào)用知識(shí)庫(kù)中的相應(yīng)知識(shí)，經(jīng)過推理機(jī)制的推理來獲得滿足要求的設(shè)計(jì)方案。
數(shù)據(jù)庫(kù)是專家系統(tǒng)和平臺(tái)系統(tǒng)模塊之間的數(shù)據(jù)交換場(chǎng)所，它也保存著設(shè)計(jì)過程中的所有有用數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件對(duì)其進(jìn)行管理和維護(hù)。
知識(shí)庫(kù)的維護(hù)模塊主要對(duì)系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)進(jìn)行修改和擴(kuò)充。
開發(fā)平臺(tái)的專家系統(tǒng)根據(jù)破碎量、工作環(huán)境、物料的硬度等初始數(shù)據(jù)，給出整個(gè)顎式破碎機(jī)及動(dòng)顎、定顎、齒板、液壓、潤(rùn)滑、電氣等部件的結(jié)構(gòu)方案。
2.3優(yōu)化設(shè)計(jì)的建模
顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)生產(chǎn)能力高、功耗低、質(zhì)量輕、磨損少。有2種方法可以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，一種是以求生產(chǎn)能力最大化為目標(biāo)函數(shù)，其他要求用性能約束條件來控制；一種是按上述4項(xiàng)要求建立綜合目標(biāo)函數(shù)，以加權(quán)因子來反映不同要求的重要性。這2種方法可以得到相近的結(jié)果，而第1種方法只需單目標(biāo)優(yōu)化，可以避免第2種方法在多目標(biāo)優(yōu)化中因各目標(biāo)函數(shù)值量級(jí)及重要程度上的差別而產(chǎn)生的確定加權(quán)因子的困難。
使用復(fù)合形法對(duì)以上優(yōu)化問題求解。首先隨機(jī)給出K個(gè)設(shè)計(jì)變量值Xi（i=l，2，3，…，K；K為復(fù)合形的頂點(diǎn)數(shù)），在n維設(shè)計(jì)空間內(nèi)，由這K(K≥n+1)個(gè)設(shè)計(jì)變量構(gòu)成1個(gè)多面體，然后在這個(gè)n維設(shè)計(jì)空間的約束可行域內(nèi)對(duì)復(fù)合形各頂點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值逐一進(jìn)行比較，不斷地去掉最壞點(diǎn)，代之以既能使目標(biāo)函數(shù)值有所下降，又能滿足所有約束條件的新點(diǎn)，逐步趨向于最優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合形法應(yīng)該滿足第1個(gè)復(fù)合形在約束可行域內(nèi)生成，否則目標(biāo)函數(shù)無解。
求解結(jié)束后其結(jié)果可以在仿真模塊中進(jìn)行初步校驗(yàn)。仿真模塊以動(dòng)畫的方式按照計(jì)算出的尺寸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，可以得到任何一個(gè)位置的進(jìn)料口水平行程、排料口水平行程、排料口行程比。
在專家系統(tǒng)確定設(shè)計(jì)方案以后，優(yōu)化程序能夠完成對(duì)各種參數(shù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，并利用有限元程序和系統(tǒng)仿真程序作進(jìn)一步的分析。除了進(jìn)行顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)外，還可進(jìn)行腔形的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其方法類同，僅需要建立不同的變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件。
2.4參數(shù)化繪圖
顎式破碎機(jī)的各種設(shè)計(jì)參數(shù)將保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，最后通過參數(shù)化繪圖功能模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取顎式破碎機(jī)的尺寸參數(shù)，在Solid Works中直接建模，生成三維實(shí)體，再利用Solid Works的工程圖設(shè)計(jì)模塊生成二維圖，當(dāng)然也為進(jìn)一步的靜力、運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力分析建立了基礎(chǔ)。
2.5用戶界面與數(shù)據(jù)接口
顎式破碎機(jī)數(shù)字化開發(fā)平臺(tái)的人機(jī)界面以對(duì)話框?yàn)橹饕问剑浜狭艘恍┎藛巍Ｆ脚_(tái)支持并行設(shè)計(jì)。由于是在同一數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上進(jìn)行集成，所以可以多人同時(shí)設(shè)計(jì)，而且具有現(xiàn)場(chǎng)保存功能，每一步計(jì)算的所有數(shù)據(jù)均保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，為下個(gè)設(shè)計(jì)過程打好基礎(chǔ)。
顎式破碎機(jī)數(shù)字化開發(fā)平臺(tái)有一個(gè)很好的數(shù)據(jù)接口模塊。利用這個(gè)數(shù)據(jù)接口可以與其他的CAD/CAM/CAE軟件共享數(shù)據(jù)，為以后的各種分析、仿真、虛擬制造提供一條快捷的通道。在完成顎式破碎機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì)后，必須對(duì)它進(jìn)行靜力、運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力分析。利用有限元和多體動(dòng)力學(xué)技術(shù)完成這些分析，大大提高了設(shè)計(jì)的精度，同時(shí)也為顎式破碎機(jī)再設(shè)計(jì)提供了數(shù)值依據(jù)。
平臺(tái)使用Solid Works提供的Cosmos和CosmosMotion軟件進(jìn)行靜力、運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力分析，在SolidWorks軟件的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)分析一體化，也可以通過數(shù)據(jù)接口模塊將Solid Works中破碎機(jī)的三維模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Adams和Nastran的文件格式，還可以方便地讀取MSC返回的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換與共享。在分析過程中可以將大量非直觀的、離散的數(shù)據(jù)按需要整理成直觀的、易于比較的圖形（如應(yīng)力、應(yīng)變、位移圖）、曲線（等值曲線圖）、動(dòng)畫（隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)軌跡），并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，也可以將整個(gè)三維模型和約束關(guān)系導(dǎo)人虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，在VR設(shè)備的輔助下進(jìn)行虛擬制造、裝配和運(yùn)行。圖5顯示了在Adams軟件中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的結(jié)果。如果在分析過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)有不合理處，則返回相應(yīng)處再次設(shè)計(jì)，直到設(shè)計(jì)符合要求。
3、結(jié)語(yǔ)
顎式破碎機(jī)數(shù)字化開發(fā)平臺(tái)通過人工智能進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，可對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化，使用方便簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、繪圖、虛擬制造的一體化。實(shí)踐證明平臺(tái)設(shè)計(jì)可靠，效率高，設(shè)計(jì)的顎式破碎機(jī)滿足要求。
