時間：2023-06-25 16:19:53
導(dǎo)語：在基于模型的優(yōu)化設(shè)計的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞： RFID；食品追溯；模型
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）19-4488-02
最近幾年我們國家政府對食品安全問題越來越重視，人民群眾也非常關(guān)心此類危害生命和健康的事件，該文研究食品追溯模型優(yōu)化，希望能夠從追溯方面對人名群眾的食品安全進行保證，并最終達到食品的安全流通與即時檢驗。
由于我國地大物博，經(jīng)濟的快速增長、社會生活的穩(wěn)定進步、人民生活水平的不斷提高，形成了規(guī)模極為龐大的食品行業(yè)。同時，食品行業(yè)以中小企業(yè)為主，生產(chǎn)分散，生產(chǎn)環(huán)節(jié)到最終消費的質(zhì)量管理很難進行，造成了食品安全的很多問題。
本模型構(gòu)建統(tǒng)一的食品安全監(jiān)管可追溯信息服務(wù)模型，希望能在政府、企業(yè)、食品消費者之間搭建完整的信息溝通通道。希望能以政府信息化網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，輔以公共事務(wù)管理平臺，結(jié)合食品安全這個民生相關(guān)的信息系統(tǒng)，進行資源與相關(guān)技術(shù)的整合，通過優(yōu)化模型，形成一個完整食品安全追溯平臺，提高食品安全追溯的效率與準確性，以更加統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、共生、便捷的方式服務(wù)群眾。
1 RFID工作原理
RFID的英文全稱是Radio Frequency Identification，射頻識別，又稱電子標簽，包含：無線射頻識別、感應(yīng)式電子晶片、近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子條碼等關(guān)鍵器件。
2.1RFID基本工作原理
首先我們把有標簽的物體放入磁場后，此時物體就會收到讀寫器的射頻信號，如果是無源標簽或被動標簽就會憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息；如果是有源標簽或主動標簽就會主動發(fā)送某一頻率的信號，最后由解讀器讀取信息并解碼，然后送到相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理其工作原理如圖1所示：
1.2 射頻識別
射頻標簽（RFID TAG）是射頻識別的基礎(chǔ)，它安裝在被識別物體上。射頻標簽用來存儲被識別對象信息，也稱之為電子標簽。射頻標簽是數(shù)據(jù)載體，是射頻識別系統(tǒng)的核心，由它記錄并存儲的對象數(shù)據(jù)非常重要。射頻識別標簽的組成如下：天線、調(diào)制器、編碼發(fā)生器、時鐘及存儲器等，具體構(gòu)成如圖2所示。
2 追溯設(shè)計
追溯系統(tǒng)的構(gòu)成中，核心是信息識別標簽。我們可以由信息識別標簽來存儲食品追溯所需的多種關(guān)鍵信息，如：食品的原材料來源、加工、運輸、倉儲、銷售等供應(yīng)鏈的各個階段情況。追溯就是通過對原材料的來源、食品制造商、銷售商作加工、倉儲及銷售的各項信息紀錄來完成的，我們通過RFID標簽記錄信息就能對食品進行追究根源，從而實現(xiàn)糧食品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的建立。具體流程如下：
1）對食品的原材料進行跟蹤、記錄，把來源記錄寫入RFID標簽，添加食品來源的各種基本信息如：產(chǎn)地、收獲時間、凈重、有機或化學保護等；
2）通過倉儲、運輸環(huán)節(jié)到達食品加工廠，我們需要在標簽中添加倉儲和運輸環(huán)節(jié)的信息，如：車次、接貨時間、到貨時間、批號、產(chǎn)品重量等；
3）由加工廠完成食品加工，將原料和輔料的原始記錄以及加工過程、質(zhì)量檢測的信息寫入RFID標簽；
4）最后到批發(fā)市場、大型超市，然后將這一層信息寫入電子標簽，實現(xiàn)跟蹤鏈的最終環(huán)節(jié)。
在設(shè)計追溯系統(tǒng)時候，考慮到工作效率，采用自動數(shù)據(jù)采集技術(shù)為支撐，將條碼、射頻識別等技術(shù)應(yīng)用到供應(yīng)鏈管理中。我們采用了條碼技術(shù)進行信息傳輸，它作為供應(yīng)鏈管理現(xiàn)代化的關(guān)鍵的信息技術(shù)，具有信息采集速度快、可靠性高、靈活、實用等特點。而在追溯系統(tǒng)設(shè)計中，廣泛使用了射頻識別技術(shù)，因為它識別速度快、保密性強、可同時識別多個對象等特點，所以主要采用了它來進行信息識別。
3 食品追溯優(yōu)化模型
食品追溯系統(tǒng)包含了一個完整的供應(yīng)鏈，任何一個環(huán)節(jié)出問題，都會導(dǎo)致食品的追溯達不到預(yù)期效果。所以本研究從根本上進行食品追溯系統(tǒng)的模型優(yōu)化設(shè)計，盡可能完善追溯系統(tǒng)，提高追溯效率，對食品從來源地、加工、包裝、銷售以及倉儲、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)構(gòu)成進行整體監(jiān)控，實現(xiàn)全過程跟蹤。在設(shè)計追溯模型時，需要實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)的無縫銜接，使物流與信息流達到統(tǒng)一，這樣整個食品的供應(yīng)鏈處于透明的狀態(tài)，從而使系統(tǒng)追溯功能順利完成。
首先為使信息流能順利聯(lián)通，需要在各個環(huán)節(jié)如：材料來源、運輸、加工、包裝、銷售等供應(yīng)鏈進行標識。在此時，由于我們需要采用統(tǒng)一標識代碼進行記錄，所以對相關(guān)供應(yīng)鏈中的操作，如數(shù)據(jù)采集、交換，對編碼的唯一性、通用性提出了更高的要求。
在設(shè)計追溯模型是，我們會對各環(huán)節(jié)全過程的每一個節(jié)點進行有效的標識。通過標識建立完整的，各個環(huán)節(jié)信息管理、傳遞和交換的方案，這樣我們就可以對供應(yīng)鏈中來源、運輸、加工、包裝、貯藏、銷售等環(huán)節(jié)進行跟蹤與追溯，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，進行問題追溯。如圖3是我們設(shè)計的食品追溯優(yōu)化模型圖：
4 結(jié)論
在食品跟蹤與追溯系統(tǒng)設(shè)計中，涉及了供應(yīng)鏈中的每一個環(huán)節(jié)，需要對食品進行完整的標識，還要能及時采集與錄入標識信息，整個環(huán)節(jié)不能出現(xiàn)差錯要求系統(tǒng)可靠性高。如果任何一個環(huán)節(jié)出差錯了，都會導(dǎo)致整個追溯系統(tǒng)的錯誤，所以在設(shè)計系統(tǒng)時候，需要供應(yīng)鏈中的所有參與方達成一致，在目前情況下，最好是政府牽頭，以政府信息化網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，輔以公共事務(wù)管理平臺，完成整個供應(yīng)鏈的整合。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：公交行車調(diào)度問題；公交線網(wǎng)設(shè)計；乘客到達率；Fisher法
引言
公交行車調(diào)度問題是地面公交系統(tǒng)運行組織的核心。通常，公交行車調(diào)度作業(yè)包括：時刻表生成、行車計劃編制、勞動配班3部分內(nèi)容。其中，線路發(fā)車時刻表是進行車輛和司售人員調(diào)度的基礎(chǔ)；行車計劃編制是為線路發(fā)車時刻表內(nèi)所有車次任務(wù)安排合意的車輛運營；勞動配班又稱為駕駛員調(diào)度，即為每個車次安排司乘人員。根據(jù)運行組織范圍的不同，公交行車調(diào)度問題可分為單線路行車調(diào)度問題及區(qū)域行車調(diào)度問題兩種類型。前者主要考慮線路運行中的乘客和公交公司的利益均衡；后者則允許車輛在不同線路間通過插入一系列空駛車次實現(xiàn)跨線行駛，從而更側(cè)重于線路在區(qū)域上的協(xié)同。單線路行車調(diào)度問題是研究區(qū)域行車調(diào)度問題的基礎(chǔ)。因此，論文關(guān)于地面公交行車調(diào)度問題的研究主要針對單線路行車調(diào)度優(yōu)化問題展開。
1 文獻綜述
目前，國內(nèi)外學者對公交行車調(diào)度展開了大量的研究，其模型的建立多以乘客乘車成本最小化和公交公司收益最大化為優(yōu)化目標。陳芳[1]在發(fā)車間隔的研究中以乘客等待時間和公交車運行費用為優(yōu)化目標，通過權(quán)重法建立了分時段調(diào)度優(yōu)化模型，并采用步長法進行仿真求解。張無非，張馳等[2]基于乘客到達數(shù)據(jù)對公交行車調(diào)度模型求解進行了研究。該研究以乘客的等待時間和公交公司的利益為目標進行優(yōu)化。該研究通過在乘客等待時間量化中引入罰函數(shù)機制，避免了乘客等待時間過長。戴連貴和劉正東[3]將乘客時間價值分成兩部分內(nèi)容，一是乘客在車站的停留時間，二是乘客的乘車時間。其中乘車時間又包括兩站間的行駛時間、乘客下車時間、車上乘客停站等待時間。孫文霞等[4]則假設(shè)公交車單位時間運營成本固定，認為乘客費用包括兩部分：一是在公車上的擁擠費用，二是等車費用。Andrede和Robin[5]將公交行車調(diào)度看成N中位問題，運用選址理論，分別考慮線性模型和環(huán)模型。
在線路乘客到達率處理方面，現(xiàn)有研究多采用移動平均法和插值法。文獻[2]用三次樣條插值來處理客流數(shù)據(jù)，將小時上車人數(shù)和凈上車人數(shù)換算到分鐘時間刻度引，同時引入站點客流隨時間的變化曲線，將其平移疊加處理成發(fā)車點的客流量。部分研究采用Fisher算法[6]對有序樣品進行聚類劃分調(diào)度時段。楊新苗等[7]運用Fisher算法，將客流分成時段，以確定了最優(yōu)客流時段劃分，為公交行車調(diào)度的優(yōu)化時段提供依據(jù)。
綜上，現(xiàn)有關(guān)于地面公交行車調(diào)度模型雖然較為全面地考慮了調(diào)度中的關(guān)鍵因素，但對公交車在各站的上下客情況以及乘客公交出行過程中的時間成本構(gòu)成分析較為粗糙，這使得其研究應(yīng)用性較差?；诖耍撐耐ㄟ^分析公交線路客流在站點的分布特征，將乘客到達率轉(zhuǎn)化為一個隨時間變化的連續(xù)函數(shù)，并用Fisher法分割公交發(fā)車時段，以乘客的等車時間最小和車輛的載客率最大為目標，建立了地面公交行車調(diào)度優(yōu)化模型。
2 線路乘客到達率匡算
3 線路發(fā)車時段劃分
按照線路客流時辰分布特性，將線路運行時段劃分成有序的發(fā)車時段，則線路客流特征中各個時刻（時段）的到達人數(shù)則為有序樣本。論文采用運用有序樣品聚類方法來劃分發(fā)車時段。該類方法中，國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛是Fisher法（又稱最優(yōu)分割法）。因此，論文運用Fisher法分割公交發(fā)車時段。
以步長為 為時間刻度，將一天內(nèi)的發(fā)車總時長等分，則有：
其中 為首班車發(fā)車時間， 為末班車的發(fā)車時間， 為向下取整函數(shù)。該聚類中未考慮首末班車，將其合并到第一個和最后時段。則有中間時刻對應(yīng)的乘客到達率為：
4 公交行車調(diào)度模型建立
5 結(jié)論
論文通過分析公交線路客流在站點的分布特征，將線路乘客到達率轉(zhuǎn)化連續(xù)函數(shù)，并用Fisher法分割公交發(fā)車時段，建立了以乘客的等車時間最小和車輛的載客率最大為目標的地面公交行車調(diào)度優(yōu)化模型。論文研究成果對地面公交線路的行車組織具有一定的指導(dǎo)意義，對地面公交行車調(diào)度問題的理論研究具有一定的理論價值。
參考文獻
[1]陳芳.城市公交行車調(diào)度模型研究[J].中南公路工程.2005，30（02）：162-164.
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[5]Andrede P，Robin L.Optimal timetables for public transportation[J].TRANSPORTATION RESEARCH PART B-METHODOLOGICAL.2001，35（8）：789-813.
關(guān)鍵詞：ANSYS參數(shù)化語言； APDL ；鋼結(jié)構(gòu) ；優(yōu)化設(shè)計Abstract: At present, more and more extensive application of steel structure, but the current design method of steel structure is relatively complex, the optimization design of the research is not thorough; at the same time, promotion of steel structure greatly limited because of its high cost is generally the people. This paper discusses the research on Optimization of steel frame structure, introduces the optimization algorithm (complex) and ANSYS in the APDL language. And combined with the practical engineering, and by using the complex method and the finite element software ANSYS optimization module, and at the same time, the lowest for optimization purposes, the beam column section size of a plane steel structure has been optimized and analyzed. Through the comparative analysis of the theoretical analysis and the results, confirmed that the optimization method is feasible, can not only significantly reduce the project cost, promote the popularization and promotion of steel structure. By the design example shows that, based on the two development language APDL ANSYS to establish the optimization of steel structure design module has the advantages of convenient operation, optimization program can be customized to optimize the process and control variables, to adapt to different types of structure and load combination, flexible strong. Optimization of the design idea, can be extended to other forms of structure, can be used for reference to other types of structure optimization.
Keywords: ANSYS parametric language; APDL; steel structure; optimization design
中圖分類號：TU391文獻標識碼：文章編號:
1.引言
隨著我國建筑業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)與民用建筑中大量采用鋼結(jié)構(gòu)，使得建筑用鋼量逐年增加。因此，目前結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計越來越受到重視，并引起了社會日趨密切的關(guān)注，這不單單是因為要如何響應(yīng)國家提出建設(shè)“節(jié)約型社會”的政策，更是因為要如何使得建筑鋼材得到節(jié)約與合理利用。通用有限元軟件ANSYS 以其強大的分析功能、友好的人機交互界面和可開發(fā)性，在國內(nèi)外工程建設(shè)和科學研究中得到了廣泛的應(yīng)用。本文通過ANSYS 的二次開發(fā)語言APDL 定義了符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的優(yōu)化設(shè)計程序，使之得出的計算結(jié)果對工程設(shè)計有一定的參考價值。同時由文中設(shè)計實例可知，基于ANSYS 的二次開發(fā)語言APDL 語言建立的鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊操作方便，優(yōu)化程序可自定義優(yōu)化過程和控制性變量，適應(yīng)了不同的結(jié)構(gòu)類型和荷載組合，具有很強的靈活性。本文的優(yōu)化設(shè)計思想，可以推廣到其它結(jié)構(gòu)形式，可對其它類型結(jié)構(gòu)優(yōu)化起到借鑒作用。
2.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的基本理論
2.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概念
假定分析搜索最優(yōu)設(shè)計一般被歸納為結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析過程的流程。而這其中優(yōu)化分析的核心部分為搜索過程。在包括滿足各種給定條件的前提下，是否達到最優(yōu)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計最先對設(shè)計方案進行的判斷。如果沒能達到，但又為了使得預(yù)定的最優(yōu)指標能逐步達到，就需要遵循某一設(shè)定的規(guī)則進行修改。而以數(shù)學規(guī)劃為基礎(chǔ)，進行數(shù)學模型建立，并對計算方法進行選擇，使得工程結(jié)構(gòu)設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學問題，然后在多種可行性設(shè)計中運用計算機選擇出相對屬于最優(yōu)設(shè)計的方案，這也正是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的主要任務(wù)。
2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型
設(shè)計變量、目標函數(shù)和約束條件是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的主要要素：。其數(shù)學模型的一般表達式為
求設(shè)計變量
使目標函數(shù)
滿足約束條件
3.基于APDL的鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
3.1APDL語言簡介和使用
APDL是指ANSYS 參數(shù)化設(shè)計語言，是使得某些功能或建模可以自動完成的腳本語言之一。它提供如參數(shù)、宏、標量、向量及矩陣運算、分支、循環(huán)、重復(fù)以及訪問ANSYS 有限元數(shù)據(jù)庫等一般程序語言的功能，同時其可以實現(xiàn)參數(shù)交互輸入、消息機制、界面驅(qū)動和運行應(yīng)用程序等，因此它也提供簡單界面定制功能。為了擴展了傳統(tǒng)有限元分析范圍以外的能力，它可以根據(jù)指定的函數(shù)、變量設(shè)定程序的輸入，同時選它使用戶對任何設(shè)計和分析屬性有控制權(quán)，也就是說其為了為用戶提供了自動完成繁瑣循環(huán)的功能而運用了建立智能分析的手段，從而為優(yōu)化設(shè)計運行繁瑣的迭代提供了可能和高效率，具體為參數(shù)、函數(shù)、分支與循環(huán)、重復(fù)、宏等功能。
3.2優(yōu)化基本原理
優(yōu)化方法采用復(fù)形法。復(fù)形法優(yōu)化是一個運用較多且較為成熟的非線性數(shù)學規(guī)劃方法，其基本思路來源于無約束優(yōu)化算法的單純形法。而無約束優(yōu)化算法的單純形法就是復(fù)合形法的基本思路的來源。
3.3優(yōu)化設(shè)計流程
為了將有限元法與優(yōu)化方法結(jié)合起來，可以采用基于APDL語言的ANSYS優(yōu)化設(shè)計模塊（OPT）來實現(xiàn)?；玖鞒虉D如圖1所示。
圖1ANSYS軟件優(yōu)化設(shè)計程序流程圖
3.4APDL優(yōu)化程序關(guān)鍵技術(shù)
首先建立鋼框架結(jié)構(gòu)參數(shù)化有限模型。參數(shù)是指APDL中的變量與數(shù)組。參數(shù)化模型的建立，便于模型的修改，也便于設(shè)置優(yōu)化設(shè)計變量。
其次建立鋼框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型。下面是部分優(yōu)化命令：
/POST1！進入后處理器
*GET,V,SSUM,,ITEM,EVOL！提取結(jié)構(gòu)體積，賦予參數(shù)V
……
/OPT！進入優(yōu)化設(shè)計器
OPANL,1.LGW!指定分析文件
OPVAR,W1,DV,.1,.4!定義設(shè)計變量
OPVAR,TW1,DV,0.005,0.02
OPVAR,TY1,DV,0.005,0.02
……
OPVAR,MS1,SV,0,225750!定義狀態(tài)變量
OPVAR,SS1,SV,0,125000
……
OPVAR,V,OBJ,,,.01!定義目標函數(shù)
OPKEEP,ON!要求保留最優(yōu)設(shè)計序列時的數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件
OPTYPE,SUBP!使用零階方法
OPFRST,40!最大40次迭代
OPEXE!運行優(yōu)化
4.優(yōu)化設(shè)計實例分析
本文以單跨單層鋼框架結(jié)構(gòu)廠房為例，跨度為 12m，層高為4.5m，框架梁、柱均采用焊接H 型鋼截面且翼緣采用焰切邊，材質(zhì)均為Q235 鋼。為簡便起見，取恒荷載為0.5kN/m2，活荷載為2.0kN/m2。通過APDL 優(yōu)化程序，得出用鋼量約為18.2kg/m2。優(yōu)化前后的結(jié)果對比分析見表1。
表1 優(yōu)化前后結(jié)果分析
5.結(jié)語
本文首先論述了進行鋼框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究的意義，介紹了優(yōu)化算法（復(fù)形法）和ANSYS 中的APDL語言。并通過與實際工程相結(jié)合，并分別采用復(fù)形法和有限元軟件ANSYS優(yōu)化模塊，同時以最低化用為優(yōu)化的目的，使一平面鋼結(jié)構(gòu)的梁柱截面尺寸得到優(yōu)化并進行相應(yīng)的分析。通過理論分析與結(jié)果的分析比較，證實了該優(yōu)化方法是可行的，不僅能明顯降低工程造價，促進鋼結(jié)構(gòu)的普及和推廣。而由設(shè)計實例可知，基于ANSYS 的二次開發(fā)語言APDL 語言建立的鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊操作方便，優(yōu)化程序可自定義優(yōu)化過程和控制性變量，適應(yīng)了不同的結(jié)構(gòu)類型和荷載組合，具有很強的靈活性。本文的優(yōu)化設(shè)計思想，可以推廣到其它結(jié)構(gòu)形式，可對其它類型結(jié)構(gòu)優(yōu)化起到借鑒作用。
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關(guān)鍵詞 ANSYS;MATLAB;橋式起重機;優(yōu)化設(shè)計
中圖分類號：TH215 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）21-0158-02
對于我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而言，重型起重機設(shè)備在林業(yè)生產(chǎn)過程中的實際應(yīng)用是保證行業(yè)產(chǎn)值的重要因素之一。在以往傳統(tǒng)設(shè)計方法的指引下，所制備出的橋式起重機成品設(shè)備往往過于笨重，而且過多地消耗材料，造成了高成本的結(jié)果。實際上，通過先進技術(shù)的整合應(yīng)用，利用PROE進行建模，借助ANSYS與MATLAB的技術(shù)優(yōu)勢，則可改善設(shè)備的設(shè)計方案，能夠使制造出的成品起重機設(shè)備更具應(yīng)用效能。
1 橋式起重機主梁設(shè)計的內(nèi)容概述
從林業(yè)生產(chǎn)所用的橋式起重機設(shè)備的本身架構(gòu)來看，主梁部位是橋式起重機設(shè)備的核心部位，設(shè)備的承載能力主要就依靠主梁。從機械設(shè)備設(shè)計的角度來看，主梁設(shè)計參數(shù)的取值對于整機設(shè)計效果有著直接的影響。
1）橋式起重機主梁的載荷計算。
傳統(tǒng)的計算方法需要橋式起重機主梁的跨度、小車輪距、腹板高度等項目參數(shù)的準確數(shù)值，就以主梁跨度為22500 mm、小車輪距為2400 mm、腹板高度為1150 mm數(shù)據(jù)來計算小車輪的承載負荷，也就是橋式起重機主梁的載荷[1]。
2）橋式起重機主梁的建模依據(jù)。
橋式起重機作為一種以主梁為載重核心架構(gòu)的機械設(shè)備，主要承擔著林業(yè)等企業(yè)的裝卸任務(wù)。通過對傳統(tǒng)橋式起重機設(shè)計數(shù)據(jù)的了解與分析，可以在原有設(shè)計方案的基礎(chǔ)上進行改良設(shè)計，通過構(gòu)建模型的方式來檢測主梁承壓的極限值，在實際生產(chǎn)制造設(shè)備的過程中借鑒其數(shù)據(jù)進行優(yōu)化設(shè)計（橋式起重機主梁截面如圖1所示）。
從圖1中可以看到，各個部位的數(shù)據(jù)需要進行如實測算，然后才能夠通過先進的設(shè)計軟件來對其進行合理化測算，并將結(jié)果傳遞給制造單位，從而將橋式起重機的橋梁結(jié)構(gòu)搭建完好。從具體來看，橋式起重機的橋梁結(jié)構(gòu)為整個設(shè)備的主干，其重量占比也較為突出，約占橋式起重機設(shè)備總體質(zhì)量的六成以上，之所以主梁的重量偏高，是為了保證起重機設(shè)備的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，但實質(zhì)上過高的重量占比也造成了設(shè)備制造的物料消耗過大，增加了橋式起重機設(shè)備的制造成本。由此可見，探究橋式起重機設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計方案的首要一點內(nèi)容便是通過計算設(shè)備各項物理變動數(shù)值，進而找尋到主梁的承壓重心，在保障設(shè)備運作安全的同時盡可能減少制造物料的消耗。
2 基于ANSYS與MATLAB的橋式起重機主梁優(yōu)化設(shè)計
在進行橋式起重機主梁優(yōu)化設(shè)計的過程中，可以結(jié)合ANSYS軟件的設(shè)計優(yōu)勢，以及在MATLAB的作用下，構(gòu)建與傳統(tǒng)起重機極為不同的主梁模型，對橋式起重機主梁結(jié)構(gòu)進行輕量化的設(shè)計研究。在改進設(shè)備主梁部位設(shè)計時，需要以主梁結(jié)構(gòu)的強度、主梁剛度、主梁腹板的穩(wěn)定性為基準，這些指標要符合一定的設(shè)計要求。
圖1 橋式起重機主梁的截面示意圖
1）應(yīng)用ANSYS與MATLAB軟件技術(shù)，改進橋式起重機主梁設(shè)計方案。
在傳統(tǒng)設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計橋式起重機主梁時，利用PROE的建模優(yōu)勢，經(jīng)ANSYS應(yīng)力分析所得出的主梁質(zhì)量為20000 kg（在公式中用Q來表示，另外，小車的輪壓用P表示）。同時，利用MATLAB數(shù)值計算的優(yōu)勢，把三個軟件起升機構(gòu)啟動制動時會產(chǎn)生豎直的慣性力，計算有效的結(jié)合起來對主梁
優(yōu)化[2]。
從模型構(gòu)建的進度以及計算過程來看，先用PROE建立主時須考慮動力系數(shù)ψ，p小車為小車梁的模型，然后導(dǎo)入ANSYS中進行應(yīng)力分析[3]。將這些數(shù)值代入到設(shè)計軟件之中，與此同時，通過多次模擬試驗后，當確定主梁數(shù)據(jù)可以優(yōu)化時，則可以利用MATLAB進行改進，進而得出如下計算公式（在不同的數(shù)據(jù)參數(shù)影響下，其結(jié)果略有不同，在制造過程中，要具體問題具體分析）：
p1=p小車-ψp1Q=8.435×104N[4];
然后，按照優(yōu)化后的參數(shù)修改PROE中主梁的參數(shù)，即所得公式為：
p2=p小車-ψp2Q=7.615×104N。
2）基于ANSYS與MATLAB的橋式起重機主梁設(shè)計優(yōu)化方案成果綜述。
經(jīng)建模以及測算的過程可以清楚的了解到，在應(yīng)用ANSYS與MATLAB軟件技術(shù)以后，橋式起重機主梁設(shè)計方案較傳統(tǒng)形式有了一些變化，滿足了一開始所提出的降低主梁物料消耗的構(gòu)想，而且，能夠保證橋式起重機的運行安全。由此可見，基于ANSYS與MATLAB軟件技術(shù)的橋式起重機主梁優(yōu)化設(shè)計方案具備一定的可行性與經(jīng)濟性，通過了建模測算，而且能夠在實踐的過程中實現(xiàn)低成本制造的目標。
3 結(jié)束語
通過構(gòu)建橋式起重機的主梁三維模型，并導(dǎo)入ANSYS對其典型工況進行分析，可以得出合理的優(yōu)化設(shè)計方案，接下來，憑借MATLAB建立數(shù)學模型來實踐優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容，最終還是利用ANSYS對模型進行驗證。實踐證明，基于ANSYS與MATLAB的橋式起重機主梁優(yōu)化設(shè)計方案具備一定的可行性與經(jīng)濟性，不僅有效優(yōu)化了橋式起重機的主梁設(shè)計，而且縮減了制造傳統(tǒng)機型所需的物料，降低了設(shè)備的制造成本，該策略值得進行推廣實施。
參考文獻
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（1）過濾元件。過濾原件是凈化系統(tǒng)的最后屏障，是液壓系統(tǒng)污染的關(guān)鍵步驟，是主要的元器件，對環(huán)境起到一個保障作用，具有一定的實際應(yīng)用價值。
（2）液壓凈化系統(tǒng)簡化模型。建立簡化的模型必須進行推導(dǎo)，利用數(shù)學公式建立邏輯模型，通過邏輯模型建立實際應(yīng)用模型，模型的建立需要一個嚴謹?shù)耐茖?dǎo)過程，液壓凈化系統(tǒng)簡化。
2液壓凈化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計
本論文對液壓凈化系統(tǒng)進行優(yōu)化選擇設(shè)計主要從元件級參數(shù)設(shè)置及系統(tǒng)布局兩方面進行闡述，對液壓系統(tǒng)進行優(yōu)化及升級提高環(huán)境保護，對機械設(shè)備的使用壽命等有一定的延長，提高其工作效率有一定使用價值。
2.1元件級的優(yōu)化設(shè)計
基于以上液壓污染動態(tài)平衡方程，對過濾元件過濾器進行優(yōu)化選擇，主要從確定過濾時間、過濾比兩個方面進行優(yōu)化選擇。
（1）臨界時間的確定。臨界時間是針對一定污染度油液的獨立過濾系統(tǒng)而言，當過濾時間達到，過濾系統(tǒng)的固體顆粒濃度不會隨時間的改變而改變，這個時間就稱為臨界時間。臨界時間對元件級的優(yōu)化設(shè)計有一定的幫助，是對整個元件的優(yōu)化設(shè)計有一定指導(dǎo)作用，對元件級的優(yōu)化設(shè)計能順利進行提供有力保障。
（2）基于Matlab的過濾比的優(yōu)化選擇。通過Matlab的過濾比進行優(yōu)化選擇，對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的標準污染油液進行過濾比較。
2.2系統(tǒng)級優(yōu)化與設(shè)計
根據(jù)液壓系統(tǒng)目標污染度的要求，適當選擇過濾管路及過濾器過濾精度，用于濾除系統(tǒng)自身形成的污染和外部侵入的污染，使油液的污染度控制在組件能耐受的污染限度之內(nèi)。
（1）液壓凈化系統(tǒng)的布局。液壓凈化系統(tǒng)在實際使用過程中必須進行合理化地布局，布局采用多種方式，有時候多種方式進行合理布局，可提高過濾效果，增大系統(tǒng)的納污量，減少清洗次數(shù)及延長液壓系統(tǒng)的壽命。
（2）不同組合方式的過濾效果。通過實驗進行驗證，應(yīng)用一種過濾方式過濾效果一般，通過多種形式與方式進行過濾能產(chǎn)生不同的效果，在工業(yè)實際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常選用多種組合方式進行過濾，其過濾效果是非常理想的，應(yīng)用各種過濾方式的優(yōu)勢，達到一定效果。
3基于HyPneu的仿真驗證
1．引言
電子設(shè)計自動化（EDA）是以電子系統(tǒng)設(shè)計軟件為工具，借助于計算機來完成數(shù)據(jù)處理、模擬評價、設(shè)計驗證等工序，以實現(xiàn)電子系統(tǒng)或電子產(chǎn)品的整個或大部分設(shè)計過程的技術(shù)。它具有設(shè)計周期短、設(shè)計費用低、設(shè)計質(zhì)量高、數(shù)據(jù)處理能力強，設(shè)計資源可以共享等特點。電路通用分析軟件OrCAD/PSpice9以其良好的人機交互性能，完善的電路模擬、仿真、設(shè)計等功能，已成為微機級EDA的標準系列軟件之一。本文基于OrCAD/PSpice9的電路優(yōu)化設(shè)計方法，通過實例分析了有源濾波器的優(yōu)化設(shè)計過程。
2．OrCAD/PSpice9軟件的特點
OrCAD/PSpice9是美國OrCADINC.公司研制的一種電路模擬及仿真的自動化設(shè)計軟件，它不僅可以對模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)/?；旌想娐返冗M行直流、交流、瞬態(tài)等基本電路特性的分析，而且可以進行蒙托卡諾（MonteCarlo）統(tǒng)計分析，最壞情況（WorstCase）分析、優(yōu)化設(shè)計等復(fù)雜的電路特性分析。相比PSpice8.0及以前版本，具有如下新的特點：
·改變了批處理運行模式?？梢栽赪INDOWS環(huán)境下，以人機交互方式運行。繪制好電路圖，即可直接進行電路模擬，無需用戶編制繁雜的輸入文件。在模擬過程中，可以隨時分析模擬結(jié)果，從電路圖上修改設(shè)計。
·以O(shè)rCAD/Capture作為前端模塊。除可以利用Capture的電路圖輸入這一基本功能外，還可實現(xiàn)OrCAD中設(shè)計項目統(tǒng)一管理，具有新的元器件屬性編輯工具和其他多種高效省時的功能。
·將電路模擬結(jié)果和波形顯示分析兩大模塊集成在一起。Probe只是作為其中的一個窗口，這樣可以啟動多個電路模擬過程，隨時修改電路特性分析的參數(shù)設(shè)置，并可在重新進行模擬后繼續(xù)顯示、分析新的模擬結(jié)果。
·引入了模擬類型分組的概念。每個模擬類型分組均有各自的名稱，分析結(jié)果數(shù)據(jù)單獨存放在一個文件中，同一個電路可建立多個模擬類型分組，不同分組也可以針對同一種特性分析類型，只是分析參數(shù)不同。
·擴展了模型參數(shù)生成軟件的功能。模型參數(shù)生成軟件ModelED可以統(tǒng)一處理以文本和修改規(guī)范兩種形式提取模型參數(shù)；新增了達林頓器件的模型參數(shù)提??；完成模型參數(shù)提取后，自動在圖形符號庫中增添該器件符號。
·增加了亞微米MOS器件模型EKV2-6。EKV2-6是一種基于器件物理特性的模型，適用于采用亞微米工藝技術(shù)的低壓、小電流模擬電路和數(shù)/?；旌想娐返哪M分析。
3．電路優(yōu)化設(shè)計
所謂電路優(yōu)化設(shè)計，是指在電路的性能已經(jīng)基本滿足設(shè)計功能和指標的基礎(chǔ)上，為了使得電路的某些性能更為理想，在一定的約束條件下，對電路的某些參數(shù)進行調(diào)整，直到電路的性能達到要求為止。OrCAD/PSpice9軟件中采用PSpiceOptimizer模塊對電路進行優(yōu)化設(shè)計，可以同時調(diào)整電路中8個元器件的參數(shù)，以滿足最多8個目標參數(shù)和約束條件的要求。可以根據(jù)給定的模型和一組晶體管特性數(shù)據(jù)，優(yōu)化提取晶體管模型參數(shù)。
3.1電路優(yōu)化基本條件
調(diào)用PSpiceOptimizer模塊對電路進行優(yōu)化設(shè)計的基本條件如下：
·電路已經(jīng)通過了PSpice的模擬，相當于電路除了某些性能不夠理想外，已經(jīng)具備了所要求的基本功能，沒有其他大的問題。
·電路中至少有一個元器件為可變的值，并且其值的變化與優(yōu)化設(shè)計的目標性能有關(guān)。在優(yōu)化時，一定要將約束條件（如功耗）和目標參數(shù)（如延遲時間）用節(jié)點電壓和支路電流信號表示。
·存在一定的算法，使得優(yōu)化設(shè)計的性能能夠成為以電路中的某些參數(shù)為變量的函數(shù)，這樣PSpice才能夠通過對參數(shù)變化進行分析來達到衡量性能好壞的目的。
3.2電路優(yōu)化設(shè)計步驟
調(diào)用PSpiceOptimizer進行電路優(yōu)化設(shè)計，一般按以下4個步驟：
(1)新建設(shè)計項目，完成電路原理圖設(shè)計。這一歩的關(guān)鍵是在電路中放置OPTPARAM符號，用于設(shè)置電路優(yōu)化設(shè)計過程中需要調(diào)整的元器件名稱及有關(guān)參數(shù)值；
(2)根據(jù)待優(yōu)化的特性參數(shù)類別調(diào)用PSpiceA/D進行電路模擬檢驗，確保電路設(shè)計能正常工作，基本滿足功能和特性要求；
(3)調(diào)用PSpiceOptimizer模塊，設(shè)置可調(diào)整的電路元器件參數(shù)、待優(yōu)化的目標參數(shù)和約束條件等與優(yōu)化有關(guān)的參數(shù)。這一歩是優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵。優(yōu)化參數(shù)設(shè)置是否合適將決定能否取得滿意的優(yōu)化結(jié)果；
(4)啟動優(yōu)化迭代過程，輸出優(yōu)化結(jié)果。
電路優(yōu)化設(shè)計的過程框圖如圖1所示。
3.3電路優(yōu)化設(shè)計實例
濾波器電路如圖2所示。優(yōu)化目標要求中心頻率（Fc）為10Hz；3dB帶寬(BW)為1Hz，容差為10%；增益（G）為10，容差為10%。
在圖2中，濾波器電路共有三個可調(diào)電位器R
gain、Rfc和Rbw，用來調(diào)整中心頻率、帶寬以及增益，且這種調(diào)整是相互影響的。三個可變電阻的阻值是由滑動觸點的位置SET確定的，顯然SET值的范圍為0～1，所以將三個電位器的位置參數(shù)分別設(shè)置為aG、aBW和aFc。
由于對濾波器的優(yōu)化設(shè)計是交流小信號分析，因此應(yīng)將分析類型“Analysistype”設(shè)置為“ACSweep/Noise”；掃描類型“ACSweepType”設(shè)置為“Logarithmic”;“Points/Decade”設(shè)置為100；起始頻率“Start”和終止頻率“End”分別設(shè)置為1Hz和100Hz。
為了進行優(yōu)化設(shè)計，在電路圖繪制好后，應(yīng)放置OPTPARAM符號并設(shè)置待優(yōu)化的元器件參數(shù)。本例中參數(shù)屬性設(shè)置值如表1所示。
設(shè)置好待調(diào)整的元器件參數(shù)以后，調(diào)用PSpiceOptimizer模塊并在優(yōu)化窗口中設(shè)置增益（G）、中心頻率（Fc）和帶寬(BW)三個優(yōu)化指標。并利用PSpice中提供的特征值函數(shù)定義這三個優(yōu)化指標，具體設(shè)置見表2。
調(diào)用PSpiceA/D進行模擬計算，在相應(yīng)窗口中顯示中心頻率的值為8.3222，帶寬為0.712187，增益為14.8106。顯然這與要求的設(shè)計指標有差距，需要通過優(yōu)化設(shè)計達到目標。
在優(yōu)化窗口中選擇執(zhí)行Tune/Auto/Start子命令，即可開始優(yōu)化過程。優(yōu)化結(jié)束后，優(yōu)化窗口中給出最終優(yōu)化結(jié)果，如圖3所示。
由圖3可見，系統(tǒng)共進行了三次迭代，自動調(diào)用了9次電路模擬程序。當3個待調(diào)整的元器件參數(shù)分別取aG=0.476062；aFc=0.457928；aBW=0.702911時，可以使3個設(shè)計指標達到G=10.3499，F(xiàn)c=9.98953，BW=1.00777。
可見，對電路進行優(yōu)化設(shè)計后，電路指標均能滿足設(shè)計要求。另外，完成優(yōu)化設(shè)計后，還可以從不同角度顯示和分析優(yōu)化結(jié)果。
4.結(jié)束語
關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計；農(nóng)業(yè)機械；應(yīng)用研究
1優(yōu)化設(shè)計在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中應(yīng)用的意義
要提高我國農(nóng)機產(chǎn)品的質(zhì)量，就要大力提高農(nóng)機生產(chǎn)制造水平和設(shè)計水平，對傳統(tǒng)的農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計進行改進。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械零部件設(shè)計一般采用經(jīng)驗類比，通過力學簡單計算來完成。傳統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化方式對設(shè)計人員的經(jīng)驗要求較高，很多創(chuàng)新設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計都缺乏數(shù)據(jù)支持，過度的設(shè)計導(dǎo)致機械綜合性能提高的同時，制造成本大幅上升。
2優(yōu)化設(shè)計的基本思路
優(yōu)化設(shè)計是從若干種可行性方案中擇優(yōu)選出一種最佳的設(shè)計方法，這種選擇是以初始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用計算機技術(shù)聯(lián)合實現(xiàn)的。優(yōu)化設(shè)計對軟件計算能力和模型構(gòu)建能力有較高的依賴，近年來隨著計算機科技的不斷發(fā)展和軟件開發(fā)能力的不斷提高，計算機在機械設(shè)計中發(fā)揮了重要的作用。同時，計算機的發(fā)展也使優(yōu)化設(shè)計理念得以實現(xiàn)，優(yōu)化設(shè)計的思路也越來越開闊。
3計算機軟件在優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用
要實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用，先進的軟件技術(shù)是必不可少的。設(shè)計軟件是設(shè)計者的工具，對于農(nóng)業(yè)機械設(shè)計者來講，能夠熟練應(yīng)用軟件完成虛擬制造、實驗和測試，對參數(shù)進行分析，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械優(yōu)化設(shè)計的必要因素[2]。
3.1ANSYS軟件
ANSYS軟件是一種大型有限元分析軟件，由美國ANSYS公司研發(fā)，這種軟件能夠與多種計算機輔助設(shè)計軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，被普遍應(yīng)用于汽車工業(yè)、建筑橋梁等方面設(shè)計中。
3.2ADAMS軟件
ADAMS軟件是一種對機械系統(tǒng)動力學進行自動分析的軟件，由美國機械動力公司開發(fā)，通過ADAMS軟件，能夠建立機械系統(tǒng)幾何模型，對虛擬機械系統(tǒng)進行動力學分析，預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、碰撞加速和運動范圍等[3]。
4優(yōu)化設(shè)計在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用
4.1幾何模型的建立
結(jié)合設(shè)計零部件的特征、材質(zhì)和其他約束條件，通過Pro/E軟件進行幾何模型的建立，本次研究基于Pro/E軟件應(yīng)用的基礎(chǔ)上，采用旋轉(zhuǎn)建模的方法，建立齒輪軸模型。齒輪過渡段圓的半徑R=8.6mm。
4.2模型材料屬性設(shè)置
模型材料屬性包含材料材質(zhì)、密度、彈性模量、泊松比等。
4.3約束與載荷
齒輪的驅(qū)動軸兩端，靠的是軸承作為支撐，加載載荷較為復(fù)雜，本文通過兩種方式加載扭矩，一種是通過運動學模塊進行扭矩分析，分析的受力情況信息傳遞到結(jié)構(gòu)分析模塊中；一種是取相近的加載扭矩數(shù)值輸入到結(jié)構(gòu)分析模塊中。經(jīng)過判定，本文采用第二種方式。沿著軸向建立起圓柱坐標系，加載圓柱面的殼，厚度取值1mm，這種取值也是為了便于分析，然后找到扭矩加載點，進行扭矩加載。這個環(huán)節(jié)需要注意，驅(qū)動力矩要在軸的中部位置加載，扭矩為8600N.mm，在軸的兩端加阻力扭矩，兩端本別為4300N.mm。
4.4模型分析
在模型分析環(huán)節(jié)中，完成受力和約束參數(shù)設(shè)置后，在利用Pro/E軟件進行靜態(tài)模型構(gòu)建，然后對靜態(tài)模型進行相應(yīng)的分析。通過軟件對構(gòu)建模型的分析結(jié)果可以確定，最大的應(yīng)力為16.7N/mm2,而設(shè)計所用材料材質(zhì)為45號鋼，最大的屈服應(yīng)力能夠達到350N/mm2以上，鋼材的屈服應(yīng)力范圍遠遠大于設(shè)計零部件的最大應(yīng)力，可見在尺寸選擇中相對比較保守。
4.5設(shè)計參數(shù)的建立
設(shè)計的過程主要是模型建立的過程，而在模型建立的過程中，設(shè)計者將要建立許多參數(shù)，其中包括物理性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)等，這些參數(shù)代表著所用材料的基本屬性和要達到的設(shè)計性能，當參數(shù)發(fā)生了變化，建立的模型性能也將隨著發(fā)生變化。如果針對所有參數(shù)進行優(yōu)化，將增加設(shè)計過程中龐大的計算量，這樣就需要設(shè)計者對這些參數(shù)進行優(yōu)選，結(jié)合不同參數(shù)對模型的影響程度，和對設(shè)計部件的使用性能的影響，可以優(yōu)先選擇對模型性能影響最大的參數(shù)設(shè)置，這種處理方式，也體現(xiàn)出優(yōu)化設(shè)計的理念，實現(xiàn)參數(shù)選擇上的優(yōu)化，最有效的、影響最大的參數(shù)信息將被利用，而影響較小的參數(shù)將被忽略。在本次分析案例中，將過渡段尺寸參數(shù)當做設(shè)計變量，設(shè)計變量的初始值為8.6mm。
4.6優(yōu)化設(shè)計
在農(nóng)機設(shè)計中采用優(yōu)化設(shè)計的目的在于能夠?qū)崿F(xiàn)通過模型的各項功能計算和設(shè)計，達到降低成本，能夠發(fā)揮最優(yōu)性能。在優(yōu)化設(shè)計的過程中，要對具有影響效果的約束條件和各類參數(shù)進行設(shè)置。本案例設(shè)計中，滿足各項受力條件下，所使用的材料質(zhì)量最小，采用過渡段半徑作為設(shè)計參數(shù)，部件的最大應(yīng)力小于材料許用應(yīng)力。本案例中選擇的45號鋼，最大的屈服應(yīng)力大于350N/mm2，安全系數(shù)設(shè)定為3.0，軸最大應(yīng)力＜114N/mm2，結(jié)合各參數(shù)和約束條件，從而分析出最優(yōu)的結(jié)果。
關(guān)鍵詞： 油底殼； 條紋優(yōu)化； 振動性能
中圖分類號： TK421；TB115.1文獻標志碼： B
引言
油底殼是薄壁類零件，工作時在整機影響下會產(chǎn)生復(fù)雜的振動，其輻射噪聲有時可占發(fā)動機總噪聲的15%～22%[13].目前的研究主要針對油底殼的動力學特性，通過改善結(jié)構(gòu)的動剛度或增加阻尼等措施抑制振動.因此，通過提高油底殼結(jié)構(gòu)的剛度和調(diào)整結(jié)構(gòu)固有頻率等措施改善結(jié)構(gòu)振動性能，對減振降噪有重要意義.
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在油底殼的設(shè)計過程中已有廣泛應(yīng)用，如拓撲優(yōu)化[45]、形狀優(yōu)化[6]和結(jié)構(gòu)參數(shù)化優(yōu)化[7]等.通常在優(yōu)化過程中僅考慮剛度和固有頻率的性能，很少有拓撲優(yōu)化和形狀優(yōu)化等對振動特性的研究.
油底殼通常由薄鋼板沖壓成型或鋁合金高壓鑄造，相較而言鋁合金油底殼強度高，NVH性能好，但是成本也相對較高.[8]本文采用Tosca軟件中的條紋優(yōu)化技術(shù)（由德國卡爾斯魯厄大學制造發(fā)展協(xié)會（IPEK）對金屬板殼結(jié)構(gòu)開發(fā)），通過布置條紋的凸起形式，提高其剛度和固有頻率或者降低噪聲和振動.在研究中考慮油底殼的振動響應(yīng)特性，通過在油底殼底面上布置條紋的凸起形式改善其動力學特性，并且驗證條紋優(yōu)化技術(shù)對油底殼性能的提高有積極意義.
1油底殼初始設(shè)計方案
根據(jù)油底殼的結(jié)構(gòu)特點，選擇三角形和四邊形的殼單元進行模擬，在與機體相連的螺栓孔位置施加垂向的單位激勵，見圖1.由于1階模態(tài)頻率為1 420.52 Hz，因此在進行頻率響應(yīng)分析時，忽略對低階頻率區(qū)域的振動響應(yīng)考察，僅分析1 200～2 400 Hz范圍內(nèi)的振動響應(yīng).圖1中圈出區(qū)域內(nèi)的節(jié)點位置作為頻率響應(yīng)分析的研究域.
圖 1油底殼有限元模型
初始方案在所分析頻域內(nèi)的振動速度響應(yīng)曲線見圖2，可知，在2 200 Hz后，速度響應(yīng)快速增大，需要對其進行優(yōu)化設(shè)計，以降低其振動響應(yīng).
圖 2初始方案振動速度頻率響應(yīng)
2優(yōu)化問題定義
根據(jù)油底殼初始方案的分析結(jié)果，需要提高該設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)剛度，降低其在中頻段的振動響應(yīng)，從而減少噪聲的來源.首先選擇油底殼的底面和側(cè)壁區(qū)域作為條紋優(yōu)化的設(shè)計區(qū)域，圖3所示為底面區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)節(jié)點的法向位移作為設(shè)計變量的約束條件，并設(shè)定其法向位移的絕對值為5 mm.圖 3條紋優(yōu)化底面設(shè)計區(qū)域
將分析頻域內(nèi)振動速度的峰值最小化，作為優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù)，見圖4.
3優(yōu)化結(jié)果
經(jīng)過Tosca 25次的條紋優(yōu)化迭代，最終推薦如圖6所示的條紋布局方案.表面振動速度響應(yīng)的整個優(yōu)化歷史見圖7，在迭代到第10步時基本找到最優(yōu)方案.
圖 6幾何光順后的油底殼模型
圖 7振動響應(yīng)優(yōu)化歷史
將最優(yōu)方案與初始方案進行比較，表面振動速度響應(yīng)優(yōu)化前后對比見圖8，油底殼底面的振動速度響應(yīng)有很大的改善，表面分析點的速度和為1.22E-8，較初始方案減小3.03E-7，降低96.11%；同時，2階模態(tài)頻率為2 908 Hz，較初始方案提升14.6%，其振型見圖9.
圖 8表面振動速度響應(yīng)優(yōu)化前后對比圖 9條紋優(yōu)化后2階模態(tài)振型
條紋優(yōu)化的設(shè)計結(jié)果中，某些凸起部位并不能完全符合設(shè)計制造工藝要求，且不方便加工，經(jīng)過二次設(shè)計后的模型見圖10.對新設(shè)計的模型進行方案驗證，通過對底面中心位置振動速度響應(yīng)的優(yōu)化前后比較（見圖11），振動響應(yīng)有很大的改善.
圖 10油底殼二次設(shè)計模型
圖 11中心點位置振動響應(yīng)優(yōu)化前后比較
4結(jié)束語
采用條紋優(yōu)化技術(shù)對某油底殼的振動響應(yīng)速度進行優(yōu)化，結(jié)果表明通過條紋優(yōu)化能很好地挖掘結(jié)構(gòu)優(yōu)化潛力，改善結(jié)構(gòu)性能.在二次模型設(shè)計后，結(jié)構(gòu)更加滿足制造要求，并且不損失性能，在實際研究中具有廣闊的應(yīng)用前景.
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關(guān)鍵詞：機械優(yōu)化設(shè)計；理論；方法
隨著現(xiàn)代社會科學技術(shù)的發(fā)展，機械設(shè)計領(lǐng)域的概念和思維方式也在不斷發(fā)生變化，機械設(shè)計能夠在一定程度上反映出社會群體對客觀世界的認知，并且遵循客觀事物的發(fā)展規(guī)律來開展優(yōu)化設(shè)計。因此加大力度探討機械優(yōu)化設(shè)計理論方法，能夠為機械優(yōu)化設(shè)計的未來發(fā)展指明方向。
1 機械傳統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化設(shè)計的對比
機械優(yōu)化設(shè)計是基于最優(yōu)化設(shè)計的，主要以數(shù)學模型作為優(yōu)化設(shè)計的基本途徑。優(yōu)化設(shè)計的方法及思維屬于優(yōu)化方法的范疇之內(nèi)，這種設(shè)計思想會使得各種參數(shù)順著理想的方向能夠自我調(diào)節(jié)，在這種模型精確計算的條件下，從各種可行性相對較強的設(shè)計方案中擇優(yōu)選取最佳的設(shè)計方案。由于設(shè)計方案較多，那么就需要使用電子計算機加以篩選，這主要得益于電子計算機的運行速度非常快，從而從諸多設(shè)計方案中篩選出最優(yōu)方案。雖然在實際的數(shù)學建模過程中需要進行一定地簡化處理，可能會導(dǎo)致計算所得的結(jié)果與實際值存在一定的差距，但是其基于客觀規(guī)律以及數(shù)據(jù)，又無需花費太高的費用，所以說，這種建模計算的方法具有經(jīng)驗類比或者試驗途徑不可比擬方面的優(yōu)勢之處，再加上一定的經(jīng)驗依據(jù)，就能夠獲得一個非常理想的設(shè)計結(jié)果。雖然傳統(tǒng)設(shè)計也追求最優(yōu)化的設(shè)計結(jié)果，一般是基于調(diào)查、分析，按照實際需求以及實踐經(jīng)驗，參照類似于工程設(shè)計，經(jīng)估算、類比以及試驗等過程，對尋優(yōu)過程進行構(gòu)思、評估、再構(gòu)思以及再評估等，從而最終確定設(shè)計方案，最后開展剛度、強度以及穩(wěn)定性等方面的計算。然而在傳統(tǒng)設(shè)計過程中，存在主觀方面、時間以及工作量過多等方面的影響，由于這些影響因素的存在，使得設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)化選擇無法正常進行，這些設(shè)計結(jié)果的計算也僅僅具有校對、核驗以及補充等方面的作用，只能對原有方案的可行性加以證實。傳統(tǒng)設(shè)計往往需要花費高額的資金以及人力，而且最終結(jié)果也與初始設(shè)計試驗范圍差不離。所以說，傳統(tǒng)設(shè)計主要受到主觀因素的影響，得到的僅僅屬于滿足最初設(shè)計要求的設(shè)計結(jié)果，并非最優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。
2 優(yōu)化設(shè)計方法的評判指標
效率要高、可靠性要高、采用成熟的計算程序、穩(wěn)定性要好。另外選擇適當?shù)膬?yōu)化方法時要進行深入的分析優(yōu)化模型的約束條件、約束函數(shù)及目標函數(shù)，根據(jù)復(fù)雜性、準確性等條件結(jié)合個人的經(jīng)驗進行選擇。優(yōu)化設(shè)計的選擇取決于數(shù)學模型的特點，通常認為，對于目標函數(shù)和約束函數(shù)均為顯函數(shù)且設(shè)計變量個數(shù)不太多的問題，采用懲罰函數(shù)法較好；對于只含線性約束的非線性規(guī)劃問題，最適應(yīng)采用梯度投影法；對于求導(dǎo)非常困難的問題應(yīng)選用直接解法，例如復(fù)合形法；對于高度非線性的函數(shù)，則應(yīng)選用計算穩(wěn)定性較好的方法，例如BFGS變尺度法和內(nèi)點懲罰函數(shù)相結(jié)合的方法。
3 機械優(yōu)化設(shè)計理論方法
3.1 準則優(yōu)化法
在機械優(yōu)化設(shè)計理論方法中，所謂準則優(yōu)化法，就是指以物理學和力學等原則來構(gòu)造并優(yōu)化機械設(shè)計的方案，以促進機械優(yōu)化設(shè)計的順利進行。準則優(yōu)化法在實際應(yīng)用中具有良好的優(yōu)勢，其概念直觀性較強，并且計算過程簡便，即便是在約束條件相對較少的條件下，準則優(yōu)化法的實際優(yōu)化效率相對較高，因此在工程中具有良好的應(yīng)用效果。但就機械優(yōu)化設(shè)計的實際情況來看，準則優(yōu)化法也不可避免的存在一些不足，尤其是在實際應(yīng)用中，其所考慮的范圍具有一定局限性，一旦實際約束條件較多，會嚴重影響機械優(yōu)化設(shè)計的效率，因此在機械優(yōu)化設(shè)計中，應(yīng)當對此項因素進行深入衡量和分析，以全面提高機械優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量和效果。
3.2 線性規(guī)劃法
在機械優(yōu)化設(shè)計理論方法中，線性規(guī)劃法是基于數(shù)學極值的基本原理上所提出的，以目標函數(shù)、約束條件以及設(shè)計變形的線性優(yōu)化為主要因素進行分析，以此作為主要的求解方式。線性規(guī)劃法中常用的兩種方式是單純形法與序列線性規(guī)劃法。
其中單純形法是美國學者所提出的一種具有直觀性的線性問題求解方法。單純形法在機械優(yōu)化設(shè)計中也存在一定不足，極易受到收斂條件、壓縮因子以及擴展因子等多種因素的影響導(dǎo)致難以準確計算出機械優(yōu)化設(shè)計的最優(yōu)解。因此為保障機械優(yōu)化設(shè)計的實際效果，應(yīng)當全面衡量各項因素，包括初始單純形的各頂點線性獨立情況以及新單純形構(gòu)成后對實際收斂情況進行準確的驗算，并嚴格檢查計算結(jié)果是否滿足相關(guān)精度要求，從而全面提高機械優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量和效果。
序列線性規(guī)劃法則相對簡單，主要是在初始位置將目標函數(shù)集約條件進行展開，促使非線性規(guī)劃向近似線性規(guī)劃逐漸轉(zhuǎn)化，并對最優(yōu)結(jié)果進行求解，并采取科學合理的計算方式進行反復(fù)求解，直至滿足機械優(yōu)化設(shè)計的精度標準，從而提高機械優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量和效果。
3.3 非線性規(guī)劃法
就機械工程的實際情況來看，大部分機械工程的性質(zhì)都屬于非線性規(guī)劃，隨著非線性程度的不斷加大，難以將其完全簡化為線性問題。非線性規(guī)劃正是基于數(shù)學極值的原理所開展的機械優(yōu)化設(shè)計，通過無約束直接法、無約束間接法和約束直接法、約束間接法等對優(yōu)化問題進行不斷求解，以保證機械優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量和效果。
3.4 現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計理論方法
在機械優(yōu)化設(shè)計中，往往存在不同種類的約束、變量及目標函數(shù)，為保證機械優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量和效果，機械優(yōu)化準則法能夠結(jié)合機械優(yōu)化設(shè)計的實際情況，積極推導(dǎo)出不同的優(yōu)化準則，但其實際通用性并不理想。規(guī)劃法在實際應(yīng)用中需要進行多次重復(fù)驗算，此種情況下往往需投入大量的人力物力資源，并且實際優(yōu)化設(shè)計的效率并不理想，甚至在一定程度上限制了規(guī)劃法在現(xiàn)代機械工程項目優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用深度和廣度。隨著現(xiàn)代社會科學技術(shù)的發(fā)展，機械工程中優(yōu)化設(shè)計的難度也不斷加大，有必要積極選取合理的優(yōu)化設(shè)計方法來提高機械優(yōu)化設(shè)計的總體質(zhì)量和效果。
結(jié)束語
總而言之，機械設(shè)計優(yōu)化是基于傳統(tǒng)機械設(shè)計理論基礎(chǔ)上所提出的，通過與現(xiàn)代設(shè)計方法的協(xié)調(diào)配合，促進一種科學化的優(yōu)化設(shè)計方法的形成，在機械工程中，有助于改善機械優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量和效果，促進機械產(chǎn)品達到高質(zhì)量和高水平。隨著現(xiàn)代社會科學技術(shù)的發(fā)展，機械優(yōu)化設(shè)計方法也不斷進步，每一種機械優(yōu)化設(shè)計方法都具有各自的特點和應(yīng)用領(lǐng)域，能夠針對機械產(chǎn)品的性能及其他因素選取核實的設(shè)計變量和最優(yōu)的設(shè)計方法，從而促進機械優(yōu)化設(shè)計目標的實現(xiàn)，為機械優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。
參考文獻
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