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差异演化算法在机械中的实用性
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许多应力和各种系数等数据或曲线图表。用理论设计代替经验设计、用精确设计代替近似设计、用优化设计代替一般设计将成为设计的必然发展趋势。一般的机械设计都是设计人员按照各种资料提供的数据,结合自己的工作经历和经验,对已有的产品进行类比,比较出优点和缺点,初步定出设计的方案,再通过验算确定方案是否是可用的。优化设计,是利用电脑的计算优势采用数学的方法,用数量的指标对最终的方案进行评判和选择,得到一个相对来说具有最优功能的计算算法。
通过这样的过程获得的方案不仅是可用的,而且也是相对最优的。它的一般过程是先明确设计的任务,再确定设计的变量参数,在明确变量的取值范围然的情况下确定设计函数来确定优化方法,最后编写优化程序,总之得出优化结果并圆整。机械优化设计是在机械设计领域利用将最优化原理和计算机技术相结合,为了提供稳定可靠的机械装置,利用更加科学、更加有效率的理论和方法来完成设计方案,从而解决机械优化设计中遇到的难题。机械优化设计是将机械工程的设计问题转化为计算机算法的最优化问题,机械设计的问题大部分都已经解决,目前是在传统的设计基础上,让它更精确,更符合潮流。而选择适当的最优化算法,利用计算机的高速运算功能从众多满足要求的并且是正确的设计方案中寻找设计者比较满意的设计方法,达到设计者预期的目标。它可以解决过去难以处理的问题,优化设计是机械设计的一种新途径,它是为了更加优秀而去其糟粕,取其精华,从而提高传统设计的效率和质量。机械设计是机械工程的重要组成部分,在机械设计的早期是主要是研究机械运动参数的。如材料尺寸、加工能力、最小的尺寸和重量,最好的性能,使之具有最可靠、最低消耗和最少环境污染。机械设计的分类很多,有农业机械设计,矿山机械设计、纺织机械设计、汽车设计、船舶设计泵设计、压缩机设计、汽轮机设计、内燃机设计机床设计等专业性的机械设计分支学科。但是这些问题又有许多共性技术,例如机构分析和综合、力与能的分析和计算,工程材料学、材料强度学、传动、润滑、密封,以及标准化、可靠性、工艺性等。
计算机辅助设计引入优化设计方法后,把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来,解决这些共性的问题。根据优化设计问题的特点选择优化算法是一个重要的问题。一般要对优化的数学模型的设计变量数、约束条件数、目标函数和约束函数的复杂程度等进行分析,并深人了解各种优化方法的特点,才能作出恰当的选择。机械优化设计是一门新的学科。它是在现代机械设计理论的基础上提出的一种更科学的设计方法,它可使机械产品的设计质量达到更高的要求。因此,在加强机械设计理论研究的同时,还要进一步加强最优设计数学模型的研究,使其更能反映客观实际。优化设计英文名是optimizationdesign,从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中的最优化理论为基础,以计算机为手段,根据设计所追求的性能目标,建立目标函数,在满足给定的各种约束条件下,寻求最优的设计方案。选定在设计时力图改善的一个或几个量作为目标函数,在一定约束条件下,以数学方法和电子计算机为工具,不断调整设计参量,最后使目标函数获得最佳的设计。通常设计方案可以用一组参数来表示,这些参数有些已经给定,有些没有给定,需要在设计中优选,称为设计变量。
如何找到一组最合适的设计变量,在允许的范围内,能使所设计的产品结构最合理、性能最好、质量最高、成本最低(即技术经济指标最佳),有市场竞争能力,同时设计的时间又不要太长,这就是优化设计所要解决的问题。一般来说,优化设计有以下几个步骤:1)建立数学模型;2)选择最优化算法;3)程序设计;4)制定目标要求;5)计算机自动筛选最优设计方案等。通常采用的最优化算法是逐步逼近法,有线性规划和非线性规划。
