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機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

2016-08-02 02:50黃一軒
卷宗 2016年5期
關(guān)鍵詞:人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械

黃一軒

摘 要:機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是一門以數(shù)學(xué)計(jì)算為基礎(chǔ),旨在優(yōu)化機(jī)械制造,設(shè)計(jì),使設(shè)計(jì)達(dá)到最有利的學(xué)科,那么能看出來機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用前景是很廣泛的。本文本文主要介紹機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用和發(fā)展情況,從傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代化方法進(jìn)行分析,以及討論未來優(yōu)化的發(fā)展情況。

關(guān)鍵詞:機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì);應(yīng)用

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得大量的機(jī)械制造要求要很高的技術(shù)水平,機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作變得越來越復(fù)雜,要求考慮的內(nèi)容也越來越多,精確性和科學(xué)性都與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)有巨大差別。面對這種情況,機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論應(yīng)運(yùn)而生,逐漸發(fā)展成為一種現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法只是一種定性分析的結(jié)果,沒有經(jīng)過精確的理論計(jì)算,期間造成了很多人力,財(cái)力的浪費(fèi),具有很大的改進(jìn)潛力。為此,一種現(xiàn)代的設(shè)計(jì)理念——優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)生了。

1 傳統(tǒng)工業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

傳統(tǒng)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法大多應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)和零件功能的優(yōu)化設(shè)計(jì),針對機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能和形態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上,內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)優(yōu)化法,能夠?qū)偠群蛪簭澖M合強(qiáng)度結(jié)構(gòu)進(jìn)行良好的優(yōu)化,既能夠滿足尺寸要求又能良好的控制結(jié)構(gòu)自重。在形態(tài)方面,典型的是軸對稱鍛造部件的毛坯形狀的優(yōu)化。在性能方面,采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法和黃金分割法對部分兩岸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使得機(jī)械結(jié)構(gòu)更加準(zhǔn)確保持運(yùn)動平衡性,提高了傳力性能。這樣看來,傳統(tǒng)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法依然能夠取得良好的效果,所以在機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展中不能忽略傳統(tǒng)優(yōu)化方法的

作用。

2 現(xiàn)代工業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

現(xiàn)代高新設(shè)計(jì)方法在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已越來越廣泛。但應(yīng)該看到,現(xiàn)代的設(shè)計(jì)不僅僅是單一的完成給定產(chǎn)品的設(shè)計(jì),而應(yīng)該要將產(chǎn)品使用及設(shè)備維修等因素統(tǒng)一進(jìn)行考慮。所以,機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)在強(qiáng)調(diào)環(huán)保設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)等考慮綜合性因素的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用工作更為活躍,機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛,涉及到航空航天工程機(jī)械及通用機(jī)械與機(jī)床的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì);涉及到水利、橋梁和船舶機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì);涉及到汽車和鐵路運(yùn)輸行業(yè)及通訊行業(yè)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì);涉及到輕工紡織行業(yè)、能源工業(yè)和軍事工業(yè)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì);涉及到建筑領(lǐng)域機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì);涉及到石油及石化行業(yè)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì);涉及到食品機(jī)械等機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用還能夠解決具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)問題。

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)軟件的應(yīng)用

優(yōu)化算法的研究已經(jīng)有所成績,利用網(wǎng)絡(luò)平臺逐漸開發(fā)一些工業(yè)化在線優(yōu)化軟件,便于工業(yè)設(shè)計(jì)使用。對于在線機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件來說,亟待解決的問題就是模型問題,對于非常復(fù)雜的系統(tǒng)來說,結(jié)構(gòu)、流程、物料和系統(tǒng)參數(shù)等,都非常復(fù)雜,如果計(jì)算對象比較模糊,運(yùn)算效率會受到嚴(yán)重的影響,這就給在線優(yōu)化軟件帶來了巨大的困難。為了解決這種情況,通過合適的算法解決辨別模型,結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和學(xué)習(xí)特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的識別,讓在線優(yōu)化軟件也能夠良好的應(yīng)用于各種模型,比如國內(nèi)比較成熟的 NEUMAX 軟件包,基于神經(jīng)遺傳算法的在線優(yōu)化軟件包,都能夠良好的實(shí)現(xiàn)各種模型的遺傳算法,這些軟件已經(jīng)成功應(yīng)用于甲醇合成機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作中。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)在MATLAB中的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)中引入優(yōu)化設(shè)計(jì)方法不僅能使設(shè)計(jì)的機(jī)械零件滿足性能要求,還能使其在某些特定方面達(dá)到最優(yōu)。利用 MATLAB優(yōu)化工具箱求解機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)問題不僅避免了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中人工試湊、分析比較過程中的繁雜與重復(fù),而且編程簡單、結(jié)果可靠。在上述實(shí)例中,利用 MATLAB 軟件中FEMINCON函數(shù)求解夾具設(shè)計(jì)問題,最 終設(shè)計(jì)的 夾具要比采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的質(zhì)量輕、成本低,并且設(shè)計(jì)效率高。

2.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人類模仿大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能而建立的一種信息處理系統(tǒng),是理論化的人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從事例中學(xué)習(xí),可以處理非線性問題,特別擅長處理那些需要人直觀判斷的信息匱乏的問題,如不完全數(shù)據(jù)集合,模糊信息以及高度復(fù)雜問題等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于優(yōu)化設(shè)計(jì),主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:

Hopfield 網(wǎng)絡(luò) 2.BP 網(wǎng)絡(luò)

2.4 模糊優(yōu)化方法在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用應(yīng)用模糊優(yōu)化理論能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)中的模糊因素和模糊主觀信息定量化,通過合理給定約束函數(shù)、目標(biāo)函數(shù)的容許值、期望值及其模糊分布 (隸屬函數(shù)) 來 “軟化”邊界條件,擴(kuò)大尋優(yōu)范圍和體現(xiàn)專家的經(jīng)驗(yàn)、觀點(diǎn)和某些公認(rèn)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。把模糊技術(shù)應(yīng)用于優(yōu)化設(shè)計(jì)建模,其特長不僅在于它善于表達(dá)模糊概念,處理模糊因素,而且還可將復(fù)雜問題簡化,使優(yōu)化模型更加合理。采用模糊理論建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型對求解復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題具有重要意義。

3 總結(jié)

從上述可知機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是一門應(yīng)用前景十分廣泛的學(xué)科,無論是傳統(tǒng)還是現(xiàn)代方法都顯得尤為重要,特別是在應(yīng)用了計(jì)算機(jī)后使計(jì)算優(yōu)化更加智能方便,所以這是一門值得深入研究開發(fā)其應(yīng)用的學(xué)科。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐小兵,沈成武,陳定方.遺傳算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用[J].武漢交通科技大學(xué)學(xué)報(bào),1999,5.

[2] 王瑾.面向環(huán)境的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造及應(yīng)用研究[J].機(jī)械管理開發(fā),2011.

[3]陳 新.機(jī)械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計(jì)理論與方法.北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1997: 247~ 253

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