以计算机技术、网络技术、多媒体技术为核心的现代信息技术,特别是I nt er n e t / I n tr a n et技术的飞速发展和日益广泛的深入应用,使人类社会正经历着一场前所未有的、全方位的深刻变革,各行各业都面临着信息时代和知识经济的挑战.同样,对于现代化高产高效矿井建设也迫切需要高产高效的设备,尤其是以快速、高效为特点的新型液压支架.但由于液压支架本身的结构特点及使用环境,使得目前对于液压支架CA D的研究大多只是对其进行运动学分析、力学分析、有限元分析、机械绘图等单个独立模块的设计,没有将这些彼此孤立的模块有机地结合起来,形成一个完整的液压支架设计系统.

　　因此,如何实现集成化、智能化、网络化和人-机交互化设计是今后液压支架CA D的发展方向.作者正是在网络技术的基础上,通过设置各模块接口以及与网络的通信接口技术,采用友好的人-机交互界面,将现代设计理论和方法、专家系统的知识以及先进的I n ter n et / I n t r anet数据传输技术有机地结合起来,构造一个较完整的液压支架智能设计的总体框架.

　　1液压支架总体设计思路

　　基于网络技术的液压支架智能CA D系统的开发研究,利用I nt er net / I n tr an et服务器/客户端的网络通信模式,首先让客户端即液压支架的使用单位填写必要的设计调研查询表,然后通过网络文件传输等一系列服务提交给服务器,服务器接受到此请求后,同本系统建立连接传送数据,从而实现从支架使用单位准确地获取地质条件、生产工况等重要信息.利用传输来的信息,应用矿压理论预测支架的载荷、外载荷和工况条件;应用专家系统确定液压支架的架型及结构件的形式,并形成相应的选型数据库;应用优化分析的方法对典型支架进行四连杆机构优化;对一种典型支架建立运动学模型和动力学模型,分析其运动及动力特性.根据以上所得到的各构件优化几何尺寸和相互关系,利用A ct ive X A ut om ation技术自动绘制支架基本结构尺寸架型图,并将各过程所得数据存于数据库以便输出.

　　液压支架智能CA D系统的主要设计过程分为6大模块,即地质工况条件的获取、预测支架外载荷、确定支架架型及结构件形式、四连杆机构优化、支架特性分析、支架架型图的绘制等摸块.在整个设计过程中是以知识库作为支撑环境,并有推理机和解释模块作为辅助功能.对于知识的获取利用I nt er net / I nt r an et技术,以V B6. 0作为开发工具进行网络编程,实现地质工况条件的网上传输.最终将设计结果程序打包,通过主页上发布到网上或保存到CD或软盘上,实现资源共享.

　　2设计模块的功能

　　2. 1地质条件及参数的获取模块

　　本系统利用I n t er net / I nt r an e t技术,采用基于T CP / I P协议的网络编程,建立客户端/服务器模型,支持多个用户连接.对于初始用户登陆,首先要选择服务器地址以及端口号,输入登陆名称后,程序才允许用户向服务器发送连接请求.在建立连接之后,程序会给用户发送一张调研表请用户填写必要的地质条件参数,以提供本系统程序进行支架选型设计时所需的设计参数.调研表主要包括基本顶厚度、工作面长度、直接顶总厚度、直接顶均布载荷、工作面采高以及岩层力学特性等18项参数.

　　当用户填写完调研表以后,要将这些参数发送给服务器.而此时,在服务器这一端则实时地监听指定的端口,以判断当前是否有客户请求连接,当探测到有客户申请连接时,服务器这边就设置为就绪状态,准备接收或发送数据.这样在遵循T CP / I P协议的基础上,通过文件传输协议,实现了从客户端→服务器以及从服务器→本系统之间发送数据.

　　2. 2支架载荷预测模块

　　当系统接收到这些由网上传输来的工况条件等参数后,首先将它们存入“原始数据. md b”数据库或以文件的形式保存起来,然后应用“弹性板与铰接板结构”力学模型的基础上导出的支架载荷预测方程,通过读取这些参数来求解液压支架工作阻力.通过对邯郸矿务局郭二庄煤矿2 009工作面工程实测数据与理论预测值的对比分析得出,理论值与实测值基本符合.因此,根据预测结果就可为下一步液压支架的选型设计提供科学依据.

　　2. 3架型及结构件选择模块

　　在架型及结构件选择过程中,根据具体地质工况条件以及预测得出的支架外载荷,应用专家系统的知识,确定支架架型和结构件形式.在此过程中,由于影响因素很多,这里主要考虑了7个主要影响因素,即直接顶类别、老顶来压级别、底板类别、采高的影响、矿井沼气含量、煤质硬度、煤层倾角.而这7个最主要影响因素对支架方案设计的影响程度不是均等的,因此要对各影响因素的影响程度作定量评估与权的确定.本系统采用了系统工程中的层次分析法( A HP ) ,通过比较各事项中每二项之间的重要程度,来确定与所有各事项对应的权系数.

　　在推理过程中,是以知识库为核心,采用产生式的知识表示方法和正向推理策略,通过事实与规则的不断匹配,来得出结论,并且将这些新的事实加入知识库中,以不断地扩充和完善知识库.而且推理中有解释模块能够给出相应的解释和说明,并最终建立了“支架选型. md b”和“结构件选择. md b”数据库.这些数据库均具有可修改、删除、新增以及查询的功能.

　　2. 4四连杆机构优化模块

　　四连杆机构作为掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一,它设计的优劣直接影响支架的支护性能.本系统根据调研表所提供的地质参数以及实际的工况条件,选用ZY 2 000/ 14/ 3 1A二柱掩护式液压支架.采用拟牛顿乘子法的优化方法,编制了优化设计主程序、函数子程序,将主程序、函数子程序、优化方法子程序编译连接形成可执行文件.该主程序、函数子程序以及优化方法子程序均采用Fo r t r an编写,但其所需5个参数(差分步长因子T、收敛精度A CC、罚因子初值A miu、梯度求值方式I G RA D、输出信息等级I OU T )利用人机交互的友好界面输入式选择,在V B中将这5个参数写入文件名为“c ans h u. tx t”的文本文件中,在优化方法子程序中通过读文件的方式将这5个参数传递到F or t r an中,然后再将运算结果以“r esu lt . t x t”的文件输出.这样,只须输入所需参数即可直接得到其运行结果,而程序的整个运算过程均在后台进行.

　　2. 5支架特性分析模块

　　为了预测液压支架及其元部件的性能,要对其进行运动学和力学特性分析.本系统以所选用的ZY 20 00/ 1 4/ 31A二柱掩护式支架为例,建立了它的运动学和力学分析模型,并编制了相应的计算机软件,进行计算机模拟分析.其中对它的运动学特性主要分析了梁端轨迹的变化规律、平衡千斤顶行程的变化规律以及各倾角在支撑高度范围内的变化规律.力学特性主要分析了掩护支架的力学特性、主平衡区的变化规律以及主平衡区内支撑阻力变化规律.

　　通过模拟分析,揭示了掩护式支架的运动学和力学特性的内在规律,为液压支架的设计和合理使用提供了理论依据.

　　2. 6基本架型图绘制

　　在通过运动学、力学模拟分析合理可行的基础上,根据数据库中所存储的各构件的几何尺寸以及相互关系,以V B为客户程序,以A ut oCA D R14为服务器程序,利用A c t iveX A u to mat ion技术,自动绘制液压支架的基本架型图.

　　3支架设计信息传递

　　I nt er n e t / I n tr a n et网络已经成为连接企事业各部门进行信息交流的重要基础设施.预计在未来的几年内,大部分企事业单位先后都会加入互联网系统,这样就能给液压支架的研究开发单位、生产制造单位、供应商以及使用维护单位提供了相互沟通的桥梁和平台.

　　系统管理员拥有最高级的系统访问权限,从主控制页,系统管理员点击相关链接进入所有站点进行系统维护.液压支架设计单位站点、制造单位站点、供应商站点以及使用维护单位站点为次级授权者,他们各自有权更新自己的主页,但禁止更新其它站点的主页. I n t er net是实现用户→设计者→制造者→供应商→用户循环交流的关键,是实现各企业内部I nt r an e t网数据库和供应链集成数据库的信息通道.用户通过发布用户主页在网上提出设计要求,设计者、制造者以及供应商通过I n t e r n et接收到各自相应的请求后,分别将自己的决策信息和计划信息提供给供应链主页,生成供应链共享数据库系统,这样用户便可从供应链数据库中得到满足自己要求的各种信息;同时,当各成员企业查询供应链主数据库系统时,再转换为适合企业网的数据格式,实现不同协议网之间的数据交换.基于网络技术的液压支架I CA D系统正是在这样的背景和基础条件下构建的.

　　在创建了应用程序后,希望能够将该程序自由地发布给用户,从而实现设计单位向使用单位迅速的信息反馈.本系统在文件传输协议的基础上,建立了自己的主页,并将程序打包,生成可执行文件,存储于磁盘、CD、网络驱动器、Web服务器等,通过主页发布到I n ter n et网上,使客户端可以方便地访问系统获取信息知识,实现资源共享.

　　基于网络技术的液压支架I CA D系统是一个开放的系统,而且设计思想的发展、用户需求的变化,使得任何的应用系统都无法覆盖所有用户的所有实际需求,因此该系统应当有一个易于扩展的框架结构和标准的开放接口.这种框架结构使得设计者今后对软件的维护和扩展变得更容易,也使应用系统的客户化和二次开发变得更简单.

　　黑客入侵、越权操作、病毒侵害等问题需要系统有健全的安全防范机制.为此,系统设置了数据加密、防火墙、计算机病毒防治以及对系统内数据记录的存取及删除权限的管理.这些网络和信息安全技术,可确保系统的可靠性和安全性.

　　4液压支架IC AD实例

　　前面论述设计模块功能时,已经提及到部分实例.如在四连杆机构优化模块、支架特性分析模块中是以ZY 20 00/ 1 4/ 31A二柱掩护式液压支架为例的.图5为工作面顶板来压初始参数调研表的格式.其参数值为邯郸矿务局郭二庄煤矿2 0 0 9工作面工程实测数据.图6为液压支架I CA D系统主窗体,显示了郭二庄煤矿20 09工作面支架外载荷预测值,由此可确定支架架型及结构件形式.图7为一种二柱掩护支架设计结果,不仅可显示支架架型图,同时还能显示支架性能参数及其特点,以便于设计者分析研究和用户选择判断支架的适应性.

　　5结语

　　基于网络技术的液压支架I CA D系统的研究,应用多种现代设计理论和方法,利用I n t e r n et / I n t r anet网络通信手段,建立了基于网络化的现代设计模式,并用实例模拟了系统的设计过程,实现了液压支架使用者、设计者和制造者之间的密切联系和资源共享;解决了以往液压支架设计重复次数多、设计周期长以及设计过程中的相互脱节等问题.建立了一个具有快速响应,不受时间和空间限制的虚拟异地设计系统,突破了传统的设计概念和设计手段.